W przeciągu kilku ostatnich dziesięcioleci nastąpił gwałtowny wzrost poziomu zanieczyszczeń gazowych atmosfery. Jest on skutkiem szybkiego rozwoju produkcji przemysłowej i wykorzystania w niej coraz większej liczby i ilości substancji chemicznych. Wykrywanie, identyfikacja i monitorowanie poziomu zanieczyszczeń gazowych atmosfery, będących skutkiem emisji gazów przez zakłady przemysłowe, wymaga stosowania czułych i niezawodnych systemów sensorowych mających zdolność ciągłej długoterminowej pracy. W pracy przedstawiono system wykrywania i identyfikacji znieczyszczeń gazowych atmosfery umożliwiający monitorowanie poziomu zanieczyszczeń na wybranym obszarze. Głównymi elementami systemu są: Centrum Monitorowania Skażeń oraz, zbudowane w oparciu o lasery kaskadowe, detektory skażeń. Działanie systemu przedstawiono na przykładzie monitorowania poziomu zanieczyszczenia powietrza amoniakiem na terenie Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie.
EN
In the last few decades there has been a sharp increase in the level of gaseous pollution in the atmosphere. It is the result of the rapid development of industrial production and use of the growing number various types of chemicals.So, detection, identification and monitoring of atmospheric gaseous pollutants resulting from emissions from industrial plants is of great importance and for this purpose the sensitive and reliable sensor systems with the ability of continuous long-term operation are required. This paper presents a system for the detection and identification of gaseous pollutants in the atmosphere that allows monitoring of pollution levels in the selected area. The main elements of the system are: Contamination Monitoring Centre and Contamination Detectors built using the cascade lasers. The operation of the system is exemplified by monitoring levels of pollution with ammonia in the air on the area of the Military Technical University in Warsaw (MTU).
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W niniejszej pracy przeprowadzono analizę numeryczną lasera kaskadowego ze sprzężonymi wnękami rezonansowymi. Zaobserwowano, iż właściwe dobranie niezależnych prądów zasilających obie wnęki rezonansowe umożliwia uzyskanie emisji jednomodowej.
EN
In this paper numerically investigate the evolution of the mode spectrum of the two coupled Fabry-Perot cavities, controlled by the driving currents of both sections leading to single mode operation. Theoretical analysis showed that most efficient single mode operation takes place in the case of relatively close current densities in both sections of the coupled-cavity quantum cascade laser which assures the overlap of the gain spectra.
W artykule przedstawiono wyniki badań terenowych sytemu łączności optycznej w otwartej przestrzeni. Badania terenowe miały na celu ocenę wpływu warunków atmosferycznych na natężenie odbieranego promieniowania optycznego. Pomiary przeprowadzono dla dwóch łączy optycznych pracujących z długościami fali 1,5 µm i 10 µm. Badania te wykonano w patio budynku przy ul. Kaliskiego 2 w Warszawie, dla odległości między nadajnikiem a odbiornikiem wynoszącej 96 m.
EN
The article presents the results of optical communications system in an open space field researches. These studies were aimed at assess the impact of weather conditions on the strength of the received radiation. Measurements were carried out for two optical links operating with wavelengths of 1.5 µm and 10 µm. These studies were performed in the patio of the building Kaliskiego 2 Street in Warsaw. Obtained distance between the transmitter and the receiver was 96 m.
W artykule przeprowadzono analizę porównawczą zasięgu laserowych łączy w otwartej przestrzeni (ang. Free Space Optics – FSO). Szczególną uwagę zwrócono na wpływ absorpcji, rozpraszania i turbulencji na propagację promieniowania optycznego o długościach fali 0,8 µm, 1,55 µm oraz 10 µm. Wykazano, że w perspektywicznych systemach FSO pracujących w otwartej przestrzeni mogą być stosowane kwantowe lasery kaskadowe (ang. Quantum Cascade Lasers – QCL) pracujące w zakresie widmowym 8-12 µm. W porównaniu do długości fal stosowanych w komercyjnych systemach FSO promieniowanie to charakteryzuje się mniejszym współczynnikiem absorpcji wynikającym z położenia tzw. okien transmisji atmosfery, mniejszą wrażliwością na turbulencje atmosfery oraz lepszymi właściwościami transmisyjnymi w wypadku ograniczonej widoczności, np. występowania słabych deszczy oraz mgieł.
EN
In this paper a comparative analysis of free space optics links ranges is presented. Particular attention was paid to the impact of absorption, scattering and turbulences on the propagation of optical radiation in the range of 800-900 nm, 1550 nm and 10 microns. It has been proven that in perspective optical systems working in the open space QC lasers operating at wavelength of 10 microns should be applied. They are characterized by a low absorption coefficient resulting from the presence of atmospheric transmission windows and improved transmission properties in the case of limited visibility conditions, such as the weak rain and fog, in comparison with near IR systems. FSO systems operating in the mid infrared range are also less sensitive to atmospheric turbulences.
Przestrzenny rozkład natężenia pola w emitowanej wiązce jest jednym z najważniejszych czynników charakteryzujących lasery półprzewodnikowe. Lasery kaskadowe wyróżniają się na tle innych typów laserów dużą rozbieżnością wiązki, co znacząco utrudnia zarówno ich charakteryzację jak i użytkowanie. Znajomość parametrów wiązki jest natomiast niezbędna do efektywnego zaprojektowania układów optycznych potrzebnych we wszystkich potencjalnych zastosowaniach laserów kaskadowych. W pracy zaprezentowano rozkłady przestrzenne natężenia promieniowania laserów kaskadowych wyznaczone przy użyciu szerokokątnego profilometru goniometrycznego. Użyty układ pomiarowy umożliwia pomiary mocy optycznej na sferze w szerokim kącie bryłowym przy równoczesnym zachowaniu wysokiej dokładności wyznaczania mocy w badanym paśmie. Dokonano analizy uzyskanych rozkładów z uwzględnieniem wyników obliczeń numerycznych, wykonanych przy pomocy komercyjnego programu Photon Design. Przedstawiono wpływ geometrii rezonatora lasera kaskadowego na strukturę modową promieniowania. Wykazano również, jak zamontowanie chipu laserowego na chłodnicy wpływa na kształt emitowanej wiązki. Oprócz tego rozpatrzono stabilność rozkładu przestrzennego promieniowania podczas trwania impulsu zasilającego laser.
EN
The spatial distribution of the emitted beam is one of the most important factors characterizing semiconductor lasers. Compared to other types of lasers, quantum cascade lasers (QCLs) are characterized by strongly diverging beam, which makes significantly difficult both their characterization and use. However to know the beam parameters is necessary for the design of optical systems for all potential applications of QCLs. The paper presents the spatial distribution of QCL beams determined by using a wide angle goniometric profilometer. The measuring system allows the measurements of optical power in mid infrared in a wide angle on the sphere while maintaining high accuracy. Analyses of the obtained distributions take into account the results of numerical calculations made by using Photon Design program. The influence of the resonator geometry on the mod structure is presented. It is also shown, how the laser chip mounting affects the shape of the emitted beam. In addition, the stability of the spatial distribution of the radiation during the supply pulse has been studied.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono układy sterowania laserami kaskadowymi (quantum cascade lasers – QCL) pod kątem ich zastosowania w dwóch technikach; spektroskopii strat we wnęce optycznej oraz spektroskopii wieloprzejściowej. W trakcie projektowania tych sterowników, szczególną uwagę zwrócono zarówno na parametry czasowo-energetyczne wytwarzanych sygnałów, oraz na możliwości zastosowania dwóch technik przestrajania promieniowania laserowego tzn. wewnątrzimpulsowej lub międzyimpulsowej. Przeprowadzono również wstępne badania, które umożliwiły określenie właściwości tych układów oraz dały podstawę do opracowania kompaktowych sterowników laserów QCL.
EN
Quantum cascade laser drivers for absorption spectroscopy - the paper presents the fundamental aspects of optical spectroscopy using quantum cascade lasers. Two driving systems were described in terms of both QCL research and QCL applications in cavity ring down and multipass techniques. During drivers designing, the particular attention was given not only to energy-time parameters range (power, frequency, pulse duration, rise time). There were also adapted so-called spectral tuning techniques, i.e. intrapulse or interpulse wavelength modulation. Preliminary studies gave the possibility to determine the properties of designed drivers.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono możliwości zastosowania laserowej spektroskopii absorpcyjnej w diagnostyce medycznej. Omówiono różne techniki wykrywania markerów chorobowych w wydychanym przez człowieka powietrzu. W zasadniczej części pracy przedstawiono techniki przestrajania widma promieniowania laserowego oraz zaproponowano układy sterowania pracą kwantowych laserów kaskadowych dedykowanych do omawianych aplikacji.
EN
The paper presents the possibility of using laser absorption spectroscopy in medical diagnostics. Some detection techniques of disease markers existed in exhaled air are described. There is also discussed performance of quantum cascade lasers (QCL’s) in view of their applications in infrared spectroscopy. In the main part the work, some methods of QCL’s spectral tuning are analyzed. In summary, preliminary test results of the special QCL driving system for the wavelength tuning are discussed.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy porównano dwie metody symulacji stanów kwantowych lasera kaskadowego. Pierwsza z nich polega na zastosowaniu znanego z literatury nieskończonego modelu supersieci półprzewodnikowych, w którym konstruuje się stany kwantowe na bazie funkcji Wanniera. Druga korzysta ze skończonego modelu supersieci półprzewodnikowej i polega na klasycznym rozwiązywaniu równania Schrödingera w układzie wielu studni i barier kwantowych i konstruowaniu stanów kwantowych w strukturze lasera przy wykorzystaniu otrzymanych funkcji falowych.
EN
The study compares two methods for calculating of quantum states in quantum cascade laser. The first of these is known in the literature as infinite model and it uses Wannier functions while the other is based on the classical solve of the Schrӧdinger equation in the system of multiple quantum wells and barriers.
Przedmiotem pracy jest zastosowanie technologii epitaksji ze związków metaloorganicznych (MOCVD) do otrzymania laserów kaskadowych (QCL) na podłożach InP. Wykonano hetrostruktury półprzewodnikowe laserów zbudowane z supersieci InGaAs/InAIAs ze skompensowanymi naprężeniami. Lasery takie są najważniejszym rodzajem przyrządów QCL o emisji w przedziale 3-8 µm. Otrzymanie heterostruktur o zadanych wcześniej parametrach wiąże się z bezprecedensową w epitaksji półprzewodników precyzją składów, grubości i międzypowierzchni warstw składowych. Dokładność tę osiągnięto poprzez optymalizację parametrów i organizacji procesów oraz poprzez dobór odpowiednich metod charakteryzacyjnych. Jako główne narzędzie charakteryzacyjne zastosowano analizę profili dyfrakcji rentgenowskiej. Uzyskane wyniki pokazują rozwiązania problemów specyficznych dla technologii opracowywanych heterostruktur oraz skuteczność metod dyfrakcji w tym przypadku. Miarą sukcesu prezentowanych prac było uzyskanie w oparciu o wykonane heterostruktury poprawnie działających laserów. Wśród ciekawych obserwacji znalazły się widoczne w krzywych dyfrakcyjnych przejawy braku podstawowej koherencji periodyczności supersieci struktury z periodycznością sieci krystalicznej.
EN
We grew strain-compensated InGaAs/InAIAs/InP mid-infrared quantum cascade lasers by MOCVD. The required unprecedented accuracy of layers stoichiometry and thickness, together with the high purity of the compounds and suitable process repeatability are the prime challenges for this technology. This necessary precision was obtained through the optimisation of growth parameters, processes organisation as well as development and application of adequate characterisation methods. X-ray diffraction spectroscopy combined with a corresponding simulation tool for the diffraction profile analysis enabled the effective recognition of the epitaxial structures. This approach showed several solutions to specific problems. The proper working lasers processed from the developed structures can be treated as the measure of success. Among other results there is an interesting observation of the incoherence of the superlattice and crystal lattice periodicity seen as the additional features in the XRD profiles.
Praca przedstawia budowę i zasadę działania laserowego spektrometru do detekcji tlenku azotu przy niskich stężeniach (na poziomie sub-ppm). Opracowany przyrząd oparty jest na wewnątrzimpulsowej spektroskopii, laserze kaskadowym (1902 cm⁻¹) i komórce wielokrotnych przejść. Przedstawiono podstawowe charakterystyki kalibracyjne spektrometru, wpływ stężenia, temperatury i ciśnienia gazu na mierzone wartości transmisji promieniowania laserowego. Dla komórki o długości drogi 36 m, granica wykrywalności NO w powietrzu wynosi 14 ppb.
EN
This work presents construction and principle of operation of the spectrometer for nitric oxide detection at low concentration (at ppb level). Designed instrument is based on intra pulse spectroscopy, quantum cascade laser (1900 cm⁻¹) and multipass cell. Main calibration characteristics of the spectrometer, effects of concentration, temperature and pressure of nitric oxide on transmission of laser radiation are presented. For a cell with a path length of 36 m, the limit of detection is 14 ppb.
Prezentujemy systematyczny rozwój naszych prac nad technologią laserów kaskadowych AlGaAs/GaAs. W wyniku zastosowania właściwych rozwiązań konstrukcyjnych oraz udoskonalenia procesów wytwarzania przyrządów, otrzymaliśmy lasery działające w temperaturze pokojowej, które ostatnio zdały test w ramach prototypowego układu detekcji śladowych ilości substancji gazowych.
EN
We present a systematic development of our works on technology of AlGaAs/GaAs quantum-cascade lasers. As a result of appropriate constructional solutions as well as improvement of device fabrication processes we have obtained the room-temperature operating lasers. These devices have recently passed the test as mid-infrared sources within prototype gas trace detection system.
W artykule przedstawiono budowę oraz zasadę działania optoelektronicznego układu przeznaczonego do detekcji śladowych ilości metanu (na poziomie ppm oraz sub-ppm). Podstawowymi elementami układu są komórka wielokrotnych przejść (komórka White’a) oraz laser kaskadowy QCL. W trakcie badań wykorzystano laser kaskadowy emitujący promieniowanie o długości fali 7,85 µm. Zastosowanie laserów kaskadowych umożliwia dopasowanie parametrów emitowanego promieniowania laserowego do widma absorpcji metanu. W artykule przedstawiono także podstawowe charakterystyki kalibracyjne układu, wpływ stężenia, temperatury oraz ciśnienia gazu na mierzone wartości transmisji promieniowania przez próbkę. Dzięki wysokiej czułości, selektywności oraz stabilności pracy układy detekcji metanu zbudowane na bazie laserów kaskadowych mogą znaleźć zastosowanie w ochronie środowiska, diagnostyce medycznej oraz systemach ostrzegania w kopalniach.
EN
The article presents construction and principle of operation of the optoelectronic system for methane detection at low gas concentrations (at level of ppm and sub-ppm). Designed instrument is based on quantum cascade laser QCL (wavelength 7,85 µm) and multipass cell (White cell configuration). Quantum cascade lasers enables adjust parameters of laser radiation to absorption spectrum of measured gas (methane). Main calibration characteristics of the instrument including: effects of concentration, temperature and pressure of methane on transmission of laser radiation trough the sample was presented. Instrument based on QC Lasers because of its high responsivity, selectivity and stability can find application in medicinal diagnosis, nature conservation and mining safety systems.
Lasery kaskadowe są przyrządami unipolarnymi, w których mechanizm emisji promieniowania koherentnego opiera się na wewnątrzpasmowych optycznych przejściach nośników. Istota ich działania pozwala na zastosowanie szerokiej gamy półprzewodnikowych materiałów epitaksjalnych, w celu otrzymania długości fali wybranej z bardzo szerokiego zakresu emisyjnego podczerwieni. Warunkiem sukcesu jest sprostanie wymaganiom skrajnie wysokiej precyzji podczas realizacji założeń konstrukcyjnych, zwłaszcza tych dotyczących geometrii krawędzi pasma przewodnictwa obszaru aktywnego. Prezentujemy tu opracowaną przez nas technologię wytwarzania laserów kaskadowych AlGaAs/GaAs, emitujących wiązkę (∼ 9,4 µm) o mocy ponad 1 W piku (77K) oraz moc optyczną - 12 W w temperaturze pokojowej.
EN
Quantum cascade lasers are unipolardevices, in which the machanism of emission of coherent radiation is based on the intraband optical transitions of carriers, The idea of QCL enables the application of a wide range of epitaxial semiconductor materials in order to extract the needed wavelength, which is obtainable from the very wide emission spectrum. However only the extremely precise realisation of the appropriate constructional assumptions (towards the thicknesses, compositions and the doping levels of layers of the heterostructure) promotes the success in the field. The adequate MBE technology development as well as the perfect device processing elaboration enabled us to obtain AlGaAs/GaAs quantum cascade lasers emitting the radiation (∼ 9 µm) with over 1W peak powers (77K). Lasers work at the room-temperature generating optical power - 12 mW.
W pracy omówiono zastosowanie formalizmu funkcji nierównowagowych funkcji Greena w odniesieniu do przyrządów nanoelektronicznych o strukturze warstwowej. Metodę zilustrowano przykładem obliczeniowym, w którym wyznaczono charakterystykę prądowo napięciową diody rezonansowej, oraz gęstości prądu i ładunku w strukturze diody.
EN
In the paper the formalism of nonequilibrium Green function referred to nanostuctural layered electronic devices has been described. The method was illustrated with numerical example in which resonant tuneling diode has been solved for current voltage characteristic and current and charge densities within the diode structure.
Lasery kaskadowe są przyrządami unipolarnymi, w których mechanizm emisji promieniowania koherentnego wykorzystuje wewnątrzpasmowe optyczne przejścia nośników. Istota ich działania pozwala na zastosowanie różnych rodzajów epitaksjalnych materiałów półprzewodnikowych, w celu otrzymania długości fali wybranej z bardzo szerokiego dostępnego zakresu emisyjnego. Jednocześnie jednak jedynie skrajnie wysoka precyzja realizacji właściwych założeń konstrukcyjnych, zwłaszcza dotyczących grubości, składu i domieszkowania warstw heterostruktury epitaksjalnej pozwala osiągnąć sukces w tej dziedzinie. Odpowiednie opracowanie i realizacja technologii epitaksji z wiązek molekularnych MBE oraz zastosowany perfekcyjny processing przyrządowy pozwoliły na wykonanie laserów kaskadowych AlGaAs/GaAs, emitujących wiązkę ∼ 9 μm o mocy ponad 1 W w piku (77K).
EN
Ouantum cascade lasers are unipolar devices, in which the mechanism of emission of coherent radiation is based on the intraband optical transitions of carriers. The idea of QCL enables the application of a wide range of epitaxial semiconductor materials in order to extract the needed wavelength, which is obtainable from the very wide emission speetrum. However only the extremely precise realisation of the appropriate constructional assumptions (towards the thicknesses, compositions and the doping levels of Iayers of the heterostructure) promotes the success in the field. The adequate MBE technology development as well as the perfect device processing elaboration enabled us to obtain AlGaAs/GaAs quantum cascade lasers emitting the radiation (∼ 9 μm) with over 1 W peak powers (77K).
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.