Techmatstrateg

Zadanie nr 5 – „Badania laboratoryjnego układu detekcji gazów z opracowanymi w projekcie kwantowymi laserami kaskadowymi na zakres LWIR”, NCBR, lata 2017-2020

 

Celem projektu jest opracowanie technologii struktur dla jednomodowych laserów kaskadowych do zastosowań w układach optycznej detekcji gazów. W ostatnich latach poczyniono znaczne postępy w technologii laserów kaskadowych. Doprowadziło to zademonstrowania laserów emitujących w pracy ciągłej moce powyżej 1W z 10% sprawnością konwersji mocy elektrycznej na optyczną. Dla wielu jednak zastosowań, w tym dla zastosowań w układach detekcji gazów w zakresie średniej podczerwieni, moce rzędu dziesiątek mW temperaturze pokojowej w są w zupełności wystarczające. Zmniejszenie mocy cieplnej, rozpraszanej przez kwantowe lasery kaskadowe do rzędu pojedynczych Watów pozwoliłoby na rezygnację z ich aktywnego chłodzenia i montaż w standardowych, kompaktowych obudowach z użyciem chłodziarek termoelektrycznych o małej pojemności cieplnej do stabilizacji ich temperatury pracy. Wszystko to znakomicie zwiększyłoby możliwości aplikacyjne takich laserów w przenośnych urządzeniach i spektrometrach stosowanych w przemyśle, ochronie środowiska i technice wojskowej. W obecnym projekcie badania koncentrować się będą na technologii jednomodowych laserów kaskadowych o niskim zużyciu mocy elektrycznej, emitujących w pasmie 4 do 12 µm, przeznaczonych do pracy w multispektralnych układach detekcji gazów. Praca jednomodowa uzyskiwana będzie przez zastosowanie rezonatorów z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym (DFB-ang. Distributed Feedback Resonator) a konkretne długości fali, wymagane przez aplikacje, uzyskiwane będą przez odpowiednią konstrukcję obszaru aktywnego lasera. Szczególny nacisk w projekcie położony będzie na prace nad laserami na długofalową część zakresu średniej podczerwieni; pasmo 9 do 12 mm. Lasery kaskadowe na ten zakres długości fal nie są jeszcze dostępne, a byłyby one szczególnie przydatne w urządzeniach do detekcji m.inn., węglowodorów. Potencjalny rynek dla takich urządzeń jest ogromny, obejmuje poszukiwanie ropy naftowej, petrochemię itp. Zagadnienia dotyczące długofalowych laserów kaskadowych stanowią istotny element nowości niniejszego projektu w skali światowej. Drugim ważnym elementem nowości projektu jest koncepcja multispektralnej detekcji, z jednoczesnym użyciem kilku laserów, pozwalająca na analizę w czasie rzeczywistym składu mieszanin gazowych. Konsorcjum realizujące projekt dysponuje poziomem kompetencji i infrastrukturą badawczą unikatowymi w skali kraju i porównywalnymi w wielu aspektach projektu z kompetencjami wiodących w tym zakresie ośrodków zagranicznych. Wyniki projektu podlegać będą bezpośredniemu wdrożeniu w firmie Airoptic, znanej na rynku światowym jako producent jednolitej platformy urządzeń do detekcji gazów. Poszczególne elementy rozwiniętych w trakcie realizacji projektu technologii będą mogły być na warunkach rynkowych udostępnione wszystkim zainteresowanym podmiotom.