W artykule przedstawiono aktualny stan prac prowadzonych w zakresie systemów łączności optycznej w otwartej przestrzeni (Free Space Optics – FSO). Opisane zostały m.in. typowe łącza optoelektroniczne dostępne na rynku, oraz kierunki ich dalszego rozwoju. Omówiono czynniki kształtujące charakterystykę transmisji promieniowania optycznego w atmosferze oraz istotne elementy systemów FSO. Wskazano na celowość stosowania łączy hybrydowych FSO/RF ze szczególnym uwzględnieniem ogólnych założeń projektu badawczego LasBITer finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w latach 2016-2018. Projekt ten dotyczy opracowania technologii łączności hybrydowej na rzecz bezpieczeństwa i obronności państwa.
EN
The article presents state of work in the field of free-space optical communications (Free Space Optics – FSO). Both FSO data links available on the market and directions of their possible further development are described. The limiting factors of optical radiation transmission in the atmosphere and the main elements of the FSO systems are identified. Application analyses of FSO/RF hybrid systems and the main task of the research project LasBITer financed by the Polish National Centre for Research and Development are presented. This project is related to hybrid communications technology for security and defence.
Detection of explosives vapors is an extremely difficult task. The sensitivity of currently constructed detectors is often insufficient. The paper presents a description of an explosive vapors concentrator that improves the detection limit of some explosives detectors. These detector s have been developed at the Institute of Optoelectronics. The concentrator is especially dedicated to operate with nitrogen oxide detectors. Preliminary measurements show that using the concentrator, the recorded amount of nitrogen dioxide released from a 0.5 ng sample of TNT increases by a factor of approx. 20. In the concentrator an induction heater is applied. Thanks to this and because of the miniaturization of the container with an adsorbing material (approx. 1 cm3), an extremely high rate of tempera ture growth is achieved (up to 500°C within approx. 25 s). The concentration process is controlled by a microcontroller. Compact construction and battery power supply provide a possibility of using the concentrator as a portable device.
W artykule przedstawiono prace dotyczące optoelektronicznych sensorów gazów oraz osiągnięcia własne w zakresie wykrywania tlenków azotu (NOx). W sensorach do wykrywania NOx zastosowano polskie lasery emitujące promieniowanie o długości fali 410 nm oraz nowoczesne kwantowe lasery kaskadowe na zakres podczerwieni. Opracowane sensory charakteryzują się czułością graniczną na poziomie ppb i mogą być zastosowane do monitoringu zanieczyszczeń atmosfery, wykrywania materiałów wybuchowych oraz w diagnostyce chorób.
EN
The paper presents an overview of a few optoelectronic technologies for gases detection. Two sensors of nitrogen oxides (NOx) are also described. In the sensors the cavity enhanced absorption spectroscopy was applied. It is characterized by a very good sensitivity and selectivity of the detection process. The main aspect of its operation bases on absorption of the light by specific compounds. The identification of the matter is determined by spectral matching of the two spectra: optical radiation and absorption lines of species of interest. In contrast to the remote detection methods, the measurements are made at the place of sampling. Polish laser diodes and modern quantum cascade lasers were used there. Laser emission wavelengths were located in the visible (410 nm) and infrared range. The detection limit of ppb level was achieved. Due to that, they can be successfully applied to monitoring of atmospheric pollution, explosives detection and in diseases diagnosis. The preliminary studies using the developed sensors showed that it was possible to detect explosives such as TNT, PETN, RDX, HMX at the level of ng. Additionally, there is also discussed application of sensors to analysis of the exhaled air. This will be particularly useful for: the early detection of a disease, the monitoring of the therapy, the monitoring of the greenhouse exogenous (bacterial emissions or toxins), or the analysis of metabolic gases.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Detection of explosives is an important challenge for contemporary science and technology of security systems. We present an application of NOx sensors equipped with concentrator in searching of explosives. The sensors using CRDS with blue - violet diode lasers (410 nm) as well as with QCL lasers (5.26 µm and 4.53 µm) are described. The detection method is based either on reaction of the sensors to the nitrogen oxides emitted by explosives or to NOx produced during thermal decomposition of explosive vapours. For TNT, PETN, RDX, and HMX the detection limit better than 1 ng has been achieved.
W artykule przedstawiono analizę i stan prac dotyczących możliwości wykrywania biomarkerów w wydychanym powietrzu. Podano biomarkery wybranych schorzeń, typowe stężenia tych markerów u ludzi zdrowych, oraz metody ich wykrywania. Przedstawiono system pomiarowy składający się z układu pobierania próbek, trzech torów wykrywania biomarkerów, oraz układu przetwarzania sygnału. Opracowano model laboratoryjny sensora do wykrywania tlenku azotu. Zastosowano w nim metodę zw. spektroskopią strat we wnęce optycznej i uzyskano czułość graniczną na poziomie 70 ppb.
EN
The paper presents a research concerning disease biomarkers detection in human breath. The change of concentration of certain molecules in the exhaled air can be used for monitoring of specific diseases. Selected biomarkers and related detection methods are described. Optoelectronic system for detection of nitric oxide as biomarker of respiratory inflammation or asthma is presented. A system consists of sampling module, three biomarker detection modules and signal-processing module. Preliminary tests showed that sensor provides opportunity to detect 70 ppb of nitric oxide. Such systems enable detection of pathogenic changes at the molecular level. Due to non-invasive operation, easy maintenance, the ability for immediate reusing, the measurement in real time and minimal nuisance of the patients, the system might be very useful tool for the health monitoring.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
We describe several applications of cavity ring-down spectroscopy (CRDS) for trace matter detection. NO₂ sensor was constructed in our team using this technique and blue-violet lasers (395–440 nm). Its sensitivity is better than single ppb. CRDS at 627 nm was used for detection of NO₃. Successful monitoring of N₂O in air requires high precision mid-infrared spectroscopy. These sensors might be used for atmospheric purity monitoring as well as for explosives detection. Here, the spectroscopy on sharp vibronic molecular resonances is performed. Therefore the single mode lasers which can be tuned to selected molecular lines are used. Similarly, the spectroscopy at 936 nm was used for sensitive water vapour detection. The opportunity of construction of H₂O sensor reaching the sensitivity about 10 ppb is also discussed.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono sensory tlenku i podtlenku azotu, w których zastosowano jedną z najczulszych metod optoelektronicznych – spektroskopię strat we wnęce optycznej CEAS (ang. Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy). Głównymi elementami sensorów są: impulsowe źródła promieniowania, wnęki optyczne o dużej dobroci, moduły detekcyjne z fotodiodami HgCdTe oraz układ cyfrowego przetwarzania sygnałów. Jako źródła promieniowania zastosowano jednomodowe lasery kaskadowe (QCL), których długości fal emitowanego promieniowania zostały dopasowane do maksimów przekroju czynnego na absorbcję analizowanych tlenków azotu. Na podstawie przeprowadzonych analiz, wybrano zakres średniej podczerwieni odpowiednio 5,23-5,29 mikrometra dla NO oraz oraz 4,46-4,54 mikrometra dla N2O. Dzięki temu znacząco ograniczony został wpływ widm absorpcyjnych cząsteczek takich jak H2O i CO2. Dzięki możliwości wykrywania śladowych ilości tlenku i podtlenku azotu możliwe jest wykrywanie wielu materiałów wybuchowych posiadających grupy nitrowe –NO2. Dlatego opracowanie sensorów tlenków azotu ma duże znaczenie dla zapewnienia bezpieczeństwa w strategicznych obszarach, obiektach państwowych oraz wojskowych, do kontroli podejrzanych obiektów, a także w medycynie i ochronie środowiska.
EN
The paper presents a project of the NO and N2O detection system. In the system was applied one of the most sensitive optoelectronic gas detection technique - Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy (CEAS). The setup consist of two optical channel equipped with an pulsed radiation sources, high quality optical cavities built with spherical mirrors of high reflectance, photoreceiver and signal processing system. Two singlemode quantum cascade lasers (QCL) are applied as a light sources. Their spectra can be precisely tuned to absorption lines of NO and N2O using temperature or current modulation. In order to fulfill CEAS requirements the lasers radiations are injected into respective optical cavity under a very small angle in respect to its axis. Optimal parameters of the sensor (sensitivity and selectivity) are expected for following spectral regions: 5,23-5,29 micrometers for NO and 4,46-4,54 micrometers for N2O. The radiations leaving the both cavities are registered with two detection module consisting of HgCdTe (MCT) detectors with low noise transimpedance amplifiers. The constructed detection system is able to measure NO and N2O concentration at several ppb and sub ppb level level. Thus the developed sensor can be applied in atmosphere monitoring applications or it is also possible to use this system in detection of vapours from some explosive materials.
In the paper, several applications of Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy (CEAS) for trace mater detection are described. NO2 sensor was constructed using this technique with blue-violet lasers (395–440 nm). The sensor sensitivity reaches the level of single ppb and it was applied in security portal. For detection of two gases at the same time, two-channel sensor was constructed. Used method allows a significant reduction in the cost of optoelectronic CEAS sensor designed to measure of concentrations of many gases simultaneously. Successful monitoring of N2O and NO in the air requires high precision mid-infrared spectroscopy. The constructed sensors are able to measure concentration at ppb level. These sensors might be used for monitoring of atmospheric purity as well as for detection of explosives.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Wykrywanie par materiałów wybuchowych o bardzo niskim stężeniu jest możliwe dzięki zastosowaniu precyzyjnych systemów pomiarowych wykorzystujących metody optoelektroniczne . Do jednych z najczulszych metod należy spektroskopia strat we wnęce optycznej - CEAS (ang.: cavity enhanced absorption spectroscopy). W niniejszym artykule przedstawiono ideę sensora CEAS zastosowanego do wykrywania par materiałów wybuchowych oraz układu umożliwiającego poprawę jego czułości. Jednym z głównych elementów tego układu jest grzejnik indukcyjny, który umożliwia uzyskanie w odpowiednim czasie wymaganych temperatur podczas procesu zatężania i dekompozycji par materiałów.
EN
The explosives materials vapours detection with a very low concentration is possible using precision measurement systems based on optoelectronic methods. One of the most sensitive is cavity enhanced absorption spectroscopy (CEAS). In this article, CEAS sensor with concentrator and pyrolyzer unit applied to detect explosives vapors is described. The main components of the system are characterized, in particular, the basic functional block of the system, which is the induction heater.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy przedstawiono wstępne wyniki badań sensora par materiałów wybuchowych. Idea pracy sensora polega na pomiarze stężenia tlenków azotu jedną z najczulszych metod spektroskopowych – spektroskopii strat we wnęce optycznej (CEAS - ang. cavity enhanced absorption spectroscopy). W sensorze planuje się zastosowanie dwóch torów detekcyjnych umożliwiających wykrywanie tlenku i podtlenku azotu. W celu uzyskania dużej czułości i selektywności przyrządu, jako źródła promieniownia docelowo zostaną użyte lasery QCL pracujące w zakresie długości fal: 5,23m – 5,29m dla NO, oraz 4,46 m – 4,48 m dla N2O.
EN
The preliminary outcomes of investigations concern a sensor of explosive materials vapours are presented. In the sensor concentration measurements of nitrogen oxides with cavity enhanced absorption spectroscopy method (CEAS) is applied. It is one of the most sensitive optoelectronic gas detection technique. There are two diagnostics lanes provide to parallely detect both nitric oxide (NO) and nitrous oxide (N2O) trace concentrations. To achive high sensitivity there will be used two quantum cascade lasers (QCL), the lasing wavelength of which will be from ranges: 5.23m – 5.29m (for NO) and 4.46m – 4.48m (for N2O).
W artykule przedstawiono koncepcję stanowiska do badań rozkładu przestrzennego czułości widmowej detektorów na potrzeby metrologii promieniowania z zakresu skrajnego nadfioletu EUV (ang. Extreme Ultraviolet) oraz miękkiego promieniowania X (ang. Soft X-ray). Zakres ten obejmuje promieniowanie o długości fali od 0,1 nm do 50 nm [1]. Badania będą miały na celu nie tylko wyznaczenie czułości detektorów, ale również ich powierzchniowej niejednorodności. Głównym elementem tego stanowiska jest źródło laserowo-plazmowe z tarczą gazową. Na podstawie przeprowadzonych wyników badań określono wymagania dotyczące doboru układu optycznego, jak również metody pomiarowej. Omówiono także układ pomiarowy przeznaczony do wyznaczania niejednorodności powierzchniowej czułości detektorów. Przedyskutowano wyniki wstępnych badań fotodiody krzemowej stosowanej w przyrządach pomiarowych promieniowania EUV oraz Soft X-ray.
EN
The paper presents a project of laboratory setup for detectors investigation applied in metrology of extreme ultraviolet and soft X-ray radiation. The main task of the work is determination both the detector responsivity and the non-uniformity of spatial responsivity. At the setup, a laser-plasma source with gas-puff target is used. Basing on the measured parameters of the source, the requirements for optical elements and a measurement method have been specified. A special investigation procedure of the spatial non-uniformity of detector responsivity is described. The preliminary results of silicon photodiode investigations are also presented and discussed.
W artykule opisano wielospektralny optoelektroniczny czujnik gazu, którego działanie jest oparte na metodzie CEAS. Czujnik ten umożliwia wykrywanie śladowych koncentracji kilku gazów jednocześnie, a w przypadku detekcji jednego gazu uzyskuje się wyższą czułość. Ze względu na dużą czułość, czujnik wg tej metody, może być stosowany nie tylko w monitoringu atmosfery, ale także może znaleźć zastosowanie do wykrywania sytuacji groźnych dla bezpieczeństwa państwa.
EN
The paper presents multispectral optoelectronic sensor based on CEAS method. Such sensor provides possibility of detection trace concentration of many gases at the same time. Moreover, for detection of one gas, an increased sensitivity can be obtained using this method. Because of high sensitivity, the sensor may be applied environmental monitoring and furthermore - in national security service.
W pracy przedstawiono podstawy stroboskopowej metody pomiarów czasów życia fluorescencji, aparaturę, opracowaną metodykę pomiarów i analizę procesu dekonwolucji sygnałów. Pokazano, że krzywe zaniku fluorescencji z wykorzystaniem źródeł światła typu LED UV, (280 i 340 nm) mogą znaleźć zastosowanie do charakterystyki aminokwasów, białek, bakterii - w tym symulantów i interferentów bojowych środków biologicznych. Podstawowymi zaletami metody są: jej szybkość, możliwość wykorzystania tanich źródeł wzbudzenia, wysoka czułość, prostota obsługi, modułowa budowa umożliwiająca szybką wymianę źródeł wzbudzenia. Badania przeprowadzone na standardowych wzorcach - NATA, NADH wykazały zgodność czasów życia fluorescencji z danymi literaturowymi.
EN
Stroboscopic method for determination of fluorescence lifetimes, using 280 nm and 340 nm UV LED sources, may be used for characterization of biological substances - including simulants and interferents of Biological Warfare Agents (BWA). Main advantages of this method are: quickness of measurement, cheap UV sources, high sensitivity, simplicity of operation, modular construction allowing quick changing of sources. Principle of stroboscopic method, developed method of measurements and analysis of deconvolution process are presented in this work. Results of measurement of NATA and NADH standards correspond to data published by other authors.
W pracy przedstawiono wyniki pomiarów czasów życia fluorescencji 9 materiałów, w tym 2 symulantów bojowych środków biologicznych, przy wzbudzeniu dwoma długościami fali - 280 nm i 340 nm. Analiza wyników wykazuje możliwość odróżniania symulantów od części interferentów. Jednakże badanie jedynie czasów życia fluorescencji nie wystarcza do pełnego rozróżniania symulantów od interferentów o zbliżonej budowie chemicznej.
EN
Fluorescence lifetime measurements of 9 materials, including 2 biological warfare agents' simulants, are presented. Measurements were made using 2 excitation wavelengths - 280 nm and 340 nm. Analysis of results shows the possibility of discrimination of simulants from interferents. However, fluorescence lifetimes data alone is not sufficient for separation of simulants from interferents with similar chemical structure.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.