Fototermalne rezonansowe zjawiska w gazach – badanie właściwości i opracowanie nowych optycznych metod detekcyjnych


Opis projektu


Grant realizowano w ramach projektu „Harmonia” we współpracy z grupą badawczą Profesora Gerarda Wysockiego z Princeton University.

Projekt dotyczył badań i opracowania dwóch oryginalnych optycznych metod detekcji śladowych gazów stosowanych w spektroskopii laserowej, bazujących na tak zwanym efekcie fototermalnym.

Pierwsza metoda (tzw. metoda interferometryczna) polega na penetrowaniu ośrodka dwiema kolinearnymi jednoczętotliwościowymi wiązkami laserowymi na różnych długościach fali, przy czym częstotliwość jednej z tych wiązek laserowych  koincyduje spektralnie z linią absorpcyjną detekowanego gazu.  W wyniku absorpcji gaz ulega lokalnemu nagrzaniu powodując zmianę jego efektywnego współczynnika załamania światła, co z kolei powoduje  zmianę fazy drugiej wiązki laserowej, niekoincydującej z linią absorpcyjną. Subtelne zmiany fazy detekowane są metodami detekcji fazoczułej w układzie interferometrycznym i są przeliczane na zawartość śladową mierzonego gazu.

Druga metoda (tzw. metoda heterodynowa) polega zastosowaniu tzw. miniheterodyny laserowej bazującej na dwóch monolitycznych mikrolaserach na ciele stałym, w których jeden mikrolaser posiada specjalną szczelinę do detekcji gazu. Oba jednoczęstotliwościowe lasery pracują na nieco różniących częstotliwościach (różniących się kilkadziesiąt MHz). Szczelinę z badanym gazem dodatkowo  penetruje zewnętrzną wiązką laserową koincydująca częstotliwościowo z linią absorpcyjną badanego gazu, wywołując efekt fototermalny, co w tym przypadku objawia się modulacją częstotliwości mikrolasera, a jej dewiację mierzy się technikami detekcji FM, co jest miarą obecności badanego gazu.

Obie zaproponowane techniki zakończyły się sukcesem (zgłoszenie patentowe, 4 publikacje z Listy Filadelfijskiej, 5 prezentacji konferencyjnych).  Obie techniki są rozwijane w Grupie, a opracowane metody czekają na wdrożenia.