Dr hab. inż. Piotr Miluski, prof. PB z Wydziału Elektrycznego z dofinansowaniem NCN!

Kolejny projekt z dofinansowaniem Narodowego Centrum Nauki!

Dr hab. inż. Piotr Miluski, prof. PB z Instytutu Automatyki, Elektroniki i Elektrotechniki na Wydziale Elektrycznym otrzymał w ramach konkursu Opus 25 grant na realizację projektu badawczego pt. „Światłowody z profilowanym rdzeniem domieszkowanym jonami Tm3+”.

Przyznane dofinansowanie wynosi 1 944 680 zł, w tym uczelni – 1 463 023 zł. Opracowany światłowód może znaleźć zastosowanie w badaniach oraz precyzyjnej obróbce materiałów na skalę laboratoryjną i przemysłową.

Technologia światłowodów krzemionkowych jest jedną z głównych dziedzin optoelektroniki i stanowi platformę do opracowywania nowych konstrukcji laserów włóknowych, w tym laserów dużej mocy. Obecnie, najczęściej wykorzystywanym profilem wiązki optycznej w wielu zastosowaniach techniki laserowej jest kształt Gaussowski. Wynika to z faktu dobrze zdefiniowanego profilu i możliwości ogniskowania tego typu wiązki na małym obszarze, co pozwala na punktowe uzyskanie znacznych gęstości mocy.

Niestety, z punktu widzenia obróbki laserowej materiałów, jedynie centralna część profilu Gaussowskiego wiązki optycznej stanowi jej użyteczną część. Energia niesiona przez wstęgi boczne nagrzewa wyłącznie obrabiany materiał, co może prowadzić do niekorzystnych zjawisk, takich jak nagrzewanie materiału, uzyskiwanie gorszej jakości krawędzi cięcia, niezamierzonej obróbki powierzchniowej (np. utwardzanie powierzchni).

Wszystkie te wady mogą zostać minimalizowane poprzez optymalizację kształtu wiązki optycznej w celu uzyskania profilu typu flat-top (inaczej nazywanego top-hat), o stałej gęstości mocy w przekroju poprzecznym.

– Celem projektu jest opracowanie nowej konstrukcji światłowodów o dużym polu modu (Large Mode Area, LMA) w których optymalizacja profilu refrakcyjnego i układu rozmieszczenia domieszki aktywnej (tulu, holmu) pozwoli na uzyskanie wiązki optycznej o stałej gęstości mocy w przekroju poprzecznym (flat-top) bezpośrednio we włóknie światłowodowym. Aby osiągnąć założony cel przeprowadzone zostaną prace optymalizacyjne oraz wytworzone zostaną z wykorzystaniem metody osadzania z fazy gazowej – MCVD-CDT (Modified Chemical Vapour Deposition – Chelate Doping Technique) zapewniająca możliwość kontroli tego typu domieszkowanych struktur. Kluczowym etapem przy opracowywaniu konstrukcji światłowodu będzie weryfikacja uzyskania założonych parametrów (efektywność osadzania, charakteryzacja optyczna i strukturalna preform), pozwalająca na opracowanie i optymalizację parametrów procesu MCVD-CDT. Skalowanie preform w celu wytworzenia aktywnych światłowodów typu double-clad o emisji w zakresie 1,7-2,1m (określanej jako bezpiecznej dla wzroku) – wyjaśnia na czym polega projekt dr hab. inż. Piotr Miluski, prof. PB.

Opracowane domieszkowane światłowody (tul i holm) posłużą do budowy układów laserowych emitujących w założonych zakresach spektralnych. Przeprowadzona zostanie również optymalizacja konstrukcji układu laserowego w celu uzyskania wysokiej jakości optycznej wiązki laserowej z wykorzystaniem wytworzonych włókien światłowodowych. Jakie zastosowanie może mieć projekt naukowca z Instytutu Automatyki, Elektroniki i Elektrotechniki na Wydziale Elektrycznym?

– Opracowanie nowej konstrukcji światłowodu umożliwi generację wiązki optycznej typu flat-top w nowych konstrukcjach laserów włóknowych. Zastosowanie takiej wiązki laserowej umożliwia precyzyjną kontrolę szerokości ścieżki promienia laserowego, uzyskiwanie ostrych krawędzi cięcia i precyzyjnej obróbki powierzchniowej. Dodatkowo, pozwala to często na zwiększenie wydajności procesu poprzez wzrost prędkości wykonywania ablacji. Układy o profilu flat-top są korzystne w mikroobróbce laserowej materiałów (cięciu, zgrzewaniu, metodach addytywnych – drukowaniu w tym również metali, badaniu progu uszkodzeń wywołanych laserem (LIDT, laser induced damage threshold), mikro i nanostrukturyzacji, obróbce wafli półprzewodnikowych, wytwarzaniu nanostruktur mechanicznych (MEMS) i optomechanicznych (MOEMS). Opracowany światłowód może zatem znaleźć szerokie zastosowanie w badaniach oraz precyzyjnej obróbce materiałów na skalę laboratoryjną i przemysłową – mówi prof. Piotr Miluski.

Projekt będzie realizowany w ramach konsorcjum Politechnika Białostocka i Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego w Warszawie. Jest to pierwszy wspólny projekt grup badawczych współpracujących w zakresie tematyki światłowodów.

Nabór wniosków do konkursu OPUS 25 trwał do 15 czerwca 2023. Wartość środków finansowych przeznaczonych na realizację projektów badawczych wynosi 300 mln zł. Projekt naszego naukowca znalazł się w gronie 117 projektów rekomendowanych do dofinansowania przez NCN w konkursie OPUS 25.

W ramach rozstrzygnięć ostatnich konkursów NCN dofinansowanie otrzymały także projekty następujących naukowców Politechniki Białostockiej:

• konkurs Miniatura – dr inż. Julita Krassowska z Instytutu Inżynierii Lądowej na Wydziale Budownictwa i Nauk o Środowisku otrzymała grant w wys. 38 231 zł na realizację projektu badawczego pt. „Wpływ włókien węglowych odzyskanych z zaawansowanych produktów przemysłu motoryzacyjnego i sektora energii odnawialnych na właściwości betonów cementowych”.
• konkurs Preludium – mgr inż. Kamila Koronkiewicz z Instytutu Inżynierii Środowiska i Energetyki na Wydziale Budownictwa i Nauk o Środowisku otrzymała grant w wys. 209 230 zł na realizację projektu „Nanomodyfikacja i piroliza wytłoków jabłkowych w celu produkcji wydajnych biosorbentów do usuwania jonów metali ciężkich z roztworów wodnych”
• konkurs Miniatura – dr inż. Paweł Gierasimiuk z Instytutu Inżynierii Lądowej na Wydziale Budownictwa i Nauk o Środowisku otrzymał grant w wys. 48 546 zł na realizację projektu pt. „Tekstura nawierzchni drogowej a współczynnik tarcia”.

Gratulujemy naszym naukowcom! Życzymy owocnej pracy nad rozwijaniem projektów. Będziemy na bieżąco przedstawiać projekty rekomendowane do dofinansowania przez NCN.

(oprac. mz)