Reklama

Innowacyjne światłowody domieszkowane będzie tworzył naukowiec Politechniki Białostockiej

Fakty Białystok

07/01/2025 18:31

Zdjęcie mgr inż. Jakuba Markiewicza/ Dariusz Piekut

Mgr inż. Jakub Markiewicz, student Szkoły Doktorskiej Politechniki Białostockiej, zbada wpływ, jaki mogą mieć kropki kwantowe i jony ziem rzadkich na światło emitowane przez światłowody. Otrzymał 208 620 zł z konkursu Preludium 23 Narodowego Centrum Nauki.

Uzyskanie szerokopasmowej emisji promieniowania w zakresie bliskiej podczerwieni – istotnym w telekomunikacji czy zastosowaniach sensorowych, ma być efektem przeprowadzonych w Politechnice Białostockiej badań nad innowacyjnymi typami światłowodów.

- Do tej pory nie spotkano się ze światłowodami domieszkowanymi jednocześnie kropkami kwantowymi i jonami ziem rzadkich do zastosowań w bliskiej podczerwieni – wyjaśnia unikalność zaproponowanych badań mgr inż. Jakub Markiewicz. Żeby dojść do takiego wniosku wystarczył przegląd artykułów naukowych. – Mamy rozwiązania światłowodów domieszkowanych kropkami kwantowymi i lantanowcami w zakresie widzialnym, ale brakuje wciąż rozwiązań w zakresie bliskiej podczerwieni – podkreśla Markiewicz.

Reklama

Student Szkoły Doktorskiej Politechniki Białostockiej ma za sobą jeszcze jeden atut. Laboratorium Światłowodów Specjalnych na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej. To tu swoje badania prowadzą najwybitniejsi specjaliści technologii światłowodowej w Polsce, w tym promotor doktoranta – prof. dr hab. inż. Marcin Kochanowicz, kierownik Katedry Fotoniki, Elektroniki i Techniki Świetlnej Wydziału Elektrycznego Politechniki Białostockiej.

Dostęp do unikalnego laboratorium z 11-metrową wieżą do wyciągania światłowodów pozwala badaczom na wykonanie szeregu próbek. Zaplecze techniczne – optyczne analizatory widma i monochromator na zakres bliskiej podczerwieni – od razu daje możliwość sprawdzenia, jaki wpływ na emitowane widmo będą miały współdomieszkowane kropki kwantowe i jony ziem rzadkich.

Reklama

Warto zaznaczyć, że kropki kwantowe to inaczej nanokryształy półprzewodnikowe. Ich odkrycie przyniosło zespołowi Moungiego G. Bawendiego, Louisa E. Brusa i Alexeia I. Ekimova nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 2023 roku.

- Zakres bliskiej podczerwieni jest szczególnie użyteczny przy zastosowaniach sensorowych czy telekomunikacji – wyjaśnia potrzebę badań Markiewicz. – Wciąż trwają prace nad poszerzaniem pasma wzmocnienia wzmacniaczy włóknowych. Zastosowanie kropek kwantowych pozwoli na przesunięcie pasma użytecznego wzmacniacza w stronę pasma 1.3, gdzie jest ciężko uzyskać emisję z wykorzystaniem lantanowców, ale kropki kwantowe na to pozwalają. Będziemy szukać odpowiedzi na pytanie, czy jest możliwe opracowanie światłowodu współdomieszkowanego kropkami kwantowymi i jonami ziem rzadkich, pozwalającego uzyskać szerokopasmową emisję promieniowania w zakresie bliskiej podczerwień, czyli od 1 mikrometra do 1,5 mikrometra czy nawet do 1,8 mikrometra lub rezultatem badań będzie opracowanie światłowodu domieszkowanego kropkami kwantowymi i jonami lantanowców. Dodatkowo w swoich badaniach ująłem zastosowanie metody jednoetapowej w celu pominięcia dalszego procesu wygrzewania.

Reklama

Według badaczy z Politechniki Białostockiej do tej pory w literaturze naukowej nikt nie przedstawił światłowodu domieszkowanego kropkami kwantowymi i jonami lantanowców i jednocześnie nie zastosował metody jednoetapowej do wyciągania włókna domieszkowanego kropkami kwantowymi. Laboratorium Światłowodów Specjalnych na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej stwarza takie możliwości badań.

- Dysponujemy laserowymi diodami półprzewodnikowymi wysokiej mocy, które pozwolą pompować optycznie uzyskane szkła i światłowody – podkreśla unikalność bazy laboratoryjnej mgr inż. Jakub Markiewicz. – Wyniki badań i opublikowane artykuły pomogą przede wszystkim rozwinąć wzmacniacze włóknowe w kierunku pasma 1.3, gdzie trudno jest uzyskać luminescencję wykorzystując jony lantanowców, ale również do wielu innych zastosowań, tak jak chociażby medycyna, sensory czy szerokopasmowe źródła promieniowania ASE - wzmocnionej emisji spontanicznej.

Reklama

Student Szkoły Doktorskiej Politechniki Białostockiej swoje badania będzie prowadził we współpracy z prof. Marcinem Kochanowiczem, współautorem patentu na tlenkowo-fluorkowe szkła tytanowo-germanianowe o właściwościach luminescencyjnych w zakresie średniej podczerwieni oraz sposobu ich otrzymywania czy współtwórcą innowacyjnego demonstratora światłowodowego, szerokopasmowego źródła ASE pracującego w paśmie 2 μm z regulowaną płynnie mocą wyjściową.

Mgr inż. Jakub Markiewicz jest absolwentem kierunku Elektronika i Telekomunikacja na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej. Tytuł magistra zdobył w 2022 roku. Aktualnie jest studentem Szkoły Doktorskiej Politechniki Białostockiej w dyscyplinie Automatyka, Elektronika, Elektrotechnika i Technologie Kosmiczne.

Reklama

Narodowe Centrum Nauki dofinansowało badania kwotą 208 620 zł z konkursu Preludium 23. Badania rozpoczynają się w styczniu 2025 roku.

Celem naukowym projektu jest opracowanie nowych nanokompozytowych włókien optycznych współdomieszkowanych kropkami kwantowymi (QDs) i jonami ziem rzadkich (RE), charakteryzujących się szerokopasmową emisją w zakresie bliskiej podczerwieni (NIR). Projekt opiera się na hipotezie, że możliwe jest osiągnięcie ultra-szerokopasmowej emisji (1,0-1,7 μm) w światłowodzie jednordzeniowym dzięki transferowi energii między kropkami kwantowymi i jonami ziem rzadkich, oraz superpozycji ich pasm emisji.

Reklama

Aby zweryfikować tę hipotezę, zaproponowano innowacyjne podejście polegające na kontrolowanym wzroście kropek kwantowych w włóknach optycznych stosując metodę jednoetapową. Nowa metoda zakłada użycie dodatkowego pieca na wieży światłowodowej, co ma na celu kontrolowanie procesu wzrostu kropek kwantowych w rdzeniu włókna podczas jego wyciągania. Proces ten zostanie porównany z aktualnie stosowaną w literaturze metodą obróbki cieplnej za pomocą wygrzewania w piecu, lasera CO2 lub femtosekundowego.

Szerokopasmowa emisja w bliskiej podczerwieni ma kluczowe znaczenie dla wielu dziedzin, takich jak telekomunikacja, medycyna (OCT), metrologia i sensory gazowe. W szczególności, w telekomunikacji istnieje ciągła potrzeba zwiększania pojemności systemów WDM, co napędza rozwój wzmacniaczy optycznych.

Reklama

(Agnieszka Sakowicz-Stasiulewicz/ Foto: Dariusz Piekut)