Instytut Łączności

Długofalową wizją zespołu zajmującego się fotoniką jest rozwój koncepcji „lab-on-fiber” - czyli miniaturowych laboratoriów zintegrowanych bezpośrednio ze światłowodem. Takie systemy mogłyby jednocześnie wykrywać, analizować i różnicować wiele zjawisk fizycznych i chemicznych. 

To podejście znacząco wykracza poza klasyczne pomiary jednego parametru, otwierając drogę do bardziej kompleksowego monitorowania środowiska czy infrastruktury. 

Naszym celem jest stworzenie czujnika, który sam ‘rozumie’, co się dzieje z konstrukcją - bez potrzeby wcześniejszego modelowania każdego przypadku

- wyjaśnił prelegent. 

Najważniejsze zastosowania opracowywanych struktur dotyczą czujników światłowodowych. Mikrorezonatory i siatki Bragga wykazują dużą czułość na zmiany otoczenia - temperatury, naprężenia czy składu chemicznego. 

Dzięki temu mogą być wykorzystywane m.in. do monitorowania reakcji chemicznych, wykrywania patogenów, a nawet pomiarów promieniowania. 

Jednym z najbardziej zaawansowanych projektów jest rozwój czujników do monitorowania stanu konstrukcji - np. mostów czy wiaduktów. System oparty na mikrorezonatorach ma pozwolić na wykrywanie uszkodzeń poprzez analizę propagacji fal ultradźwiękowych w materiale. 

System mikroobróbki laserowej wykorzystywany w laboratorium fotoniki Instytutu Łączności pozwala na wytwarzanie struktur o szerokości rzędu 1,3 mikrometra - czyli około jednej dziesiątej grubości ludzkiego włosa. W praktyce oznacza to możliwość tworzenia niezwykle drobnych elementów bezpośrednio na powierzchni materiałów takich jak szkło czy światłowody. 

Jak wyjaśnił dr Zdanowicz, urządzenie działa poprzez skupienie wiązki lasera w jednym punkcie i precyzyjne przesuwanie próbki względem tej wiązki.

Laser pozostaje w miejscu, a my „rysujemy” strukturę, sterując pozycją materiału z dokładnością nanometrów

- tłumaczył.  

Ta precyzja mechaniczna sięga około 2 nanometrów, co oznacza, że ograniczeniem nie jest już ruch, lecz sama fizyka światła i optyki. 

W laboratorium wykorzystywane są obecnie trzy główne mechanizmy działania lasera. Pierwszy to ablacja, czyli usuwanie materiału - wykorzystywane m.in. do tworzenia mikrostruktur w światłowodach. Drugi to zmiana własności optycznych, szczególnie istotna przy wytwarzaniu światłowodowych siatek Bragga. Trzeci, rozwijany kierunek, to polimeryzacja dwufotonowa, umożliwiająca addytywne „drukowanie” struktur w mikroskali. 

Najbardziej zaawansowane realizacje dotyczą obecnie mikrorezonatorów tworzonych bezpośrednio w bocznej powierzchni światłowodu. To struktury o średnicy kilkudziesięciu mikrometrów, które - mimo mikroskopijnych rozmiarów - mają ogromny potencjał aplikacyjny.

Technologia nie jest jednak pozbawiona ograniczeń. Jednym z kluczowych problemów jest spadek jakości obróbki wraz z głębokością. Im głębiej w materiał wnika wiązka, tym trudniej utrzymać jej precyzyjne skupienie. 

Na powierzchni jesteśmy w stanie osiągnąć bardzo dobrą rozdzielczość. Ale już kilkanaście mikrometrów niżej zaczynają się efekty optyczne, które pogarszają jakość struktury

- wskazał prelegent.  

Drugim wyzwaniem jest czas - nawet niewielkie struktury mogą wymagać godzin pracy, co wyklucza zastosowania masowe. To jednak nie jest celem tych badań. 

Zespół pracuje obecnie nad poprawą parametrów układu, koncentrując się przede wszystkim na części optycznej. Kluczowe znaczenie ma tu długość fali lasera oraz jakość obiektywów. 

Planowane jest wdrożenie nowego źródła światła z możliwością generowania harmonicznych, co pozwoli na znaczną poprawę rozdzielczości. Równolegle testowane są specjalistyczne obiektywy oraz zaawansowane techniki sterowania polaryzacją wiązki. 

Chcemy maksymalnie wykorzystać potencjał fizyki światła. To ona wyznacza granice - i jednocześnie daje narzędzia do ich przesuwania

- zaznaczył dr Zdanowicz.