Fotonika i technologie terahercowe

Projekt FOTEH

Na terenie WEiTI Politechniki Warszawskiej realizowany jest projekt infrastrukturalny FOTEH – Fotonika i Techniki Terahercowe. Obejmuje następujące laboratoria: Fotoniki Instrumentalnej i Scalonej, Spektroskopii Laserowej, Fotoniki Obrazowej, Przetwarzania obrazów, Wizualizacji danych, Badań Materiałowych w pasmach GHz i THz, Układów Programowalnych, Robotyki, Biometrii i Uczenia Maszynowego, Telekomunikacji Fotonicznej, Systemów Pomiarowo-Kontrolnych, Techniki Terahercowej i Techniki Antenowej.

Fotonika Instrumentalna i Fotonika Scalona

Laboratorium Fotoniki Instrumentalnej i Fotoniki Scalonej to unikatowe w skali europejskiej laboratorium technologiczno-pomiarowe specjalizujące się w wytwarzaniu podzespołów światłowodowych oraz wszechstronnych pomiarach struktur światłowodowych. Wyposażenie laboratorium, obejmujące zaawansowaną aparaturę do zapisu struktur periodycznych i charakteryzacji elementów światłowodowych (w tym mikro- i nanostrukturalnych), elementów fotoakustycznych oraz zaawansowanych układów fotoniki scalonej, pozwoli na poszerzenie tematyki badawczej WEiTI PW i skierowanie jej w kierunku najnowszych technologii mikro- i nanofotonicznych. 

Spektroskopia Laserowa Materiałów Fotonicznych

Rozbudowywane w ramach projektu Laboratorium Spektroskopii Laserowej Materiałów Fotonicznych zapewnia możliwości wszechstronnej charakteryzacji metodami wysokorozdzielczej spektroskopii laserowej nowych materiałów optycznych, przeznaczonych do zastosowań w układach fotonicznych. Prace badawcze, realizowane w tym laboratorium stanowią niezbędne uzupełnienie i niejednokrotnie wstęp do dalszych badań elementów i systemów fotonicznych, realizowanych w największym module Centrum Badawczego, tj. Laboratorium Fotoniki Instrumentalnej i Fotoniki Scalonej.

Fotonika Obrazowa

Modernizowane laboratorium Fotoniki Obrazowej skoncentrowane jest na zagadnieniach projektowania i rozwoju układów, systemów, nowych metod i algorytmów pozyskiwania, przetwarzania oraz wizualizacji sekwencji obrazów trójwymiarowych. Główne obszary podejmowanych prac badawczych obejmują opracowywanie nowych technologii analizatorów i systemów akwizycji danych obrazowych w szerokim zakresie długości fal dla różnych właściwości promieniowania do zastosowań przemysłowych, pomiarowych i multimedialnych oraz opracowywanie nowych rozwiązań w zakresie pozyskiwania i obrazowania 3D.

Badania Materiałowe w Zakresie GHz oraz THz

Rozwój Laboratorium Badań Materiałowych w Zakresie GHz i THz pozwoli na istotne poszerzenie bazy doświadczalnej Wydziału w kierunku badań materiałów w zakresie fal milimetrowych i submilimetrowych. Zakupione przyrządy pomiarowe, uzupełnione o unikalne głowice pomiarowe własnej konstrukcji (w których konstruowaniu zespół badawczy ma renomę na skalę światową) pozwolą m.in. na badania stechiometryczne materiałów, przydatne przy ustalaniu związków pomiędzy budową wewnętrzną materiału a jego mierzalnymi parametrami, istotnie zwiększając potencjał badawczy Wydziału możliwy do zaangażowania w projektach naukowych i badaniach przemysłowych.

Projektowanie i Prototypowanie Układów Przetwarzania Informacji w Strukturach Programowalnych

Laboratorium Projektowania i Prototypowania Układów Przetwarzania Informacji w Strukturach Programowalnych jest laboratorium wspierającym prace badawcze w Laboratorium Fotoniki Instrumentalnej i Fotoniki Scalonej. Opracowywanie rozwiązań z dziedziny fotoniki najczęściej wymaga zastosowania układów cyfrowych o ogromnych mocach obliczeniowych, przetwarzających informacje w czasie rzeczywistym. Ze względu na złożoność algorytmów obliczeniowych stosowanych w przetwarzaniu sygnałów cyfrowych i informacji często niezbędne jest wykorzystanie specjalizowanych systemów cyfrowych, gdyż procesory ogólnego przeznaczenia jak również procesory sygnałowe nie dostarczają wystarczającej mocy obliczeniowej.

Zastosowanie fotoniki w Robotyce

Robotyka jest obszarem zastosowań dla wielu zaawansowanych technologii z zakresu fotoniki, w szczególności dla systemów sensorycznych oraz systemów transmisji, przetwarzania i gromadzenia dużej ilości danych. Zakres prac prowadzonych w Laboratorium Robotyki obejmuje zagadnienia badawcze związane z percepcją środowiska z wykorzystaniem różnych czujników, budową modeli otoczenia, nawigacją autonomiczną, manipulacją obiektami, w tym manipulacją dwuręczną oraz komunikacją wielomodalną z człowiekiem.

Biometria i Uczenie Maszynowe

Prowadzone w Laboratorium prace badawcze koncentrują się na urządzeniach i systemach biometrycznej weryfikacji tożsamości, ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień bezpieczeństwa przy wykorzystaniu autorskich metod rozpoznawania tożsamości oraz testowania autentyczności danych biometrycznych. Osobny nurt badań prowadzonych w Laboratorium stanowią techniki uczenia maszynowego. Zakup dodatkowej specjalistycznej aparatury badawczej pozwoli na zintensyfikowanie prac w zakresie biometrii, biokryptografii oraz uczenia maszynowego, adaptacyjnego sterowania, sztucznej świadomości i percepcji.

Testbed Telekomunikacyjnej Sieci Fotonicznej

W laboratorium prowadzone będą badania nad nowymi technologiami opto-telekomunikacyjnymi obejmującymi m.in. systemy transmisyjne o wysokich przepływnościach i pojemnościach, rekonfigurowalne sieci optyczne, sieci dostępowe oraz systemy in-house. Laboratorium zostanie wyposażone w najnowocześniejsze urządzenia pomiarowe, jak tester BER, generatory i analizatory sygnałów mikrofalowych i optycznych oraz wszelkie niezbędne komponenty optoelektroniczne. Stworzenie laboratorium znacząco wpłynie na rozwój współpracy z krajowymi i zagranicznymi podmiotami naukowo-gospodarczymi w dziedzinie opto-telekomunikacji.

Analiza danych obrazowych i wizualizacja danych

Laboratorium analizy danych obrazowych i wizualizacji danych jest pomyślane jako laboratorium wpierające analizę i interpretację danych, w tym danych obrazowych, zebranych w trakcie wykonywania badań w obszarze fotoniki. Laboratorium to zapewni odpowiednie środowisko do przeprowadzania prac badawczych dotyczących metod automatycznego przetwarzania danych obrazowych i rozpoznawania obiektów dostosowanych do specyfiki danych z dziedziny fotoniki oraz metod wizualizacji danych wielowymiarowych ukierunkowanych na ułatwienie interpretacji wyników eksperymentów z obszaru fotoniki.

Wsparcie informatyczne badań w obszarze fotoniki

Laboratorium wsparcia informatycznego badań w obszarze fotoniki ma na celu zapewnienie kompleksowego wsparcia badań w obszarze fotoniki od strony informatycznej. Wsparcie to rozumiane jest jako dostarczanie narzędzi informatycznych potrzebnych bądź usprawniających przeprowadzanie badań w obszarze fotoniki oraz zapewnienie narzędzi i wykonywanie analiz danych zebranych w trakcie realizacji eksperymentów szeroko rozumianymi metodami eksploracji danych. Laboratorium będzie się składało z dwóch pracowni: pracowni projektowo-programistycznej do tworzenia oprogramowania oraz pracowni eksploracji danych dedykowanej analizie danych.

Fotoniczne Systemy Pomiarowo-Kontrolne

Zadaniem laboratorium będzie kompleksowa integracja techniki fotonicznej z rekonfigurowanymi, szybkimi i wielokanałowymi systemami pomiarowo-kontrolnymi o terabitowych przepustowościach. Wyposażenie laboratorium w nowoczesny sprzęt pomiarowy, stanowiska uruchomieniowo-testowe oraz urządzenia montażowe do PCB umożliwi działalność laboratorium w zakresie badania parametrów wykorzystywanych technologii fotonicznych, integracji fotonicznych systemów transmisji danych z układami FPGA i technologią PCB oraz kompleksowego projektowania, optymalizacji, symulacji i testowania fotonicznych systemów pomiarowo-kontrolnych, w warstwie aparaturowej, firmware’owej i software’owej. 

Technika Terahercowa

Laboratorium ma umożliwiać projektowanie, realizację i pomiary układów i systemów wielkiej częstotliwości na pasmo od 10 MHz do 0,5 THz. Docelowe wyposażenie pomiarowe, obejmujące wysoko stabilne źródła, odbiorniki i analizatory sygnałów, wielokanałowy nieliniowy wektorowy analizator obwodów i stację do pomiarów „on-wafer”, w połączeniu z nowoczesnymi symulatorami obwodów i pola elektromagnetycznego, wyposażeniem do projektowania i szybkiego prototypowania obwodów drukowanych pozwoli na istotne zwiększenie potencjału badawczego zespołu i podjęcie nowych tematów badawczych z zakresu zaawansowanych technologii terahercowych.

Technika Antenowa 

Planowana modernizacja Laboratorium przełoży się bezpośrednio na możliwość uzyskania nowych jakościowych rezultatów, głównie poprzez badanie anten fotonicznych oraz opracowanie systemów obrazujących i radarowych. Rozszerzenie zakresu częstotliwości laboratorium do pasma terahercowego wraz z nowymi urządzeniami badawczymi, otworzy przed zespołem badawczym nowe horyzonty i umożliwi prowadzenie badań istotnych w skali światowej. Należy spodziewać się także zainteresowania wynikami prac prowadzonych w Laboratorium ze strony krajowych i zagranicznych jednostek naukowo-badawczych i przemysłowych.

Literatura:

[1] R.S. Romaniuk, R.Piramidowicz (red.), Fotonika i technologie terahercowe, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2010.

[2] M. Anwar et al., Terahertz physics, devices and systems, Proc.SPIE 8023 (2011).

[3] Y-S. Lee, Principles of terahertz science and technology, Springer 2010.

[4] W.M. Robertson, Optoelectronic techniques for microwave and millimeterwave engineering.

[5] D. Mittleman (Ed.), Sensing with terahertz radiation, Springer, 2010

[6] D.L. Woolard, et al., (Ed.), Terahertz sensing technology, World Scientific, 2010.

[7] G. Gruner (Ed.), Millimeter and submillimeter wave spectroscopy of solid, Springer, 200.

[8] TWITTER THzNetwork: http://twitter.com/THzNetwork

[9] IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, Vol.1, No.1., September 2011.

[10] J. Dorosz, R. Romaniuk, Optica Applicata 28 (4), pp. 267–291 (1998).

[11] J. Dorosz, R.S. Romaniuk, Optica Applicata 28 (4), pp. 293–322 (1998).

[12] R. Romaniuk, J. Dorosz, Optica Applicata 29 (1), pp. 15–49 (1999).

[13] R.S. Romaniuk, Optica Applicata 31 (2), pp. 425–444 (2002).

[14] A. Dybko, et al., Sensors and Actuators, B 51 (1–3), pp. 208–213 (1998).

[15] A. Dybko, et al., Sensors and Actuators, B: Chemical 39 (1–3), pp. 207–211 (1997).

[16] A. Dybko, et al., Journal of Applied Polymer Science 59 (4), pp. 719–723 (1996).

[17] A. Dybko, et al., Sensors and Actuators: B. Chemical, 29 (1–3), pp. 374–377 (1995).

[18] R. Romaniuk, Opto-Electronics Review 8 (2), pp. 101–116 (2000).

[19] R.S. Romaniuk, Bull. of the PAS 56 (2), pp. 87–102 (2008).

[20] R.S. Romaniuk et al., Bull. of the PAS 53 (2), pp. 123–138 (2005).

[21] T. Czarski, et al., NIMA 548 (3), pp. 283–297 (2005).

[22] T. Czarski, et al., NIMA 568 (2), pp. 854–862 (2006).

[23] T. Czarski, et al., NIMA 556 (2), pp. 565–576 (2006).

[24] W. Ackerman, Nature Photonics 1 (6), pp. 336–342 (2007).

[25] A. Burd, et al., New Astronomy 10 (5), pp. 409–416 (2005).

[26] A. Burd, et al., Astronomische Nachrichten 325 (6–8), pp. 674 (2004).

[27] B. Mukherjee et al., Radiation Protection Dosimetry 126 (1–4), pp. 256–260 (2007).

[28] P.Fafara et al., Measurement Science and Technology 18 (8), art no.010, pp. 2365–2371 (2005).

[29] R.S. Romaniuk, K.T .Poźniak, Measurement Science and Technology 18 (8), art no.E01 (2005).

[30] R.S. Romaniuk et.al., Metrology and Measurement Systems 15 (2), pp. 241–245 (2008).

[31] J.R. Just et al., Microprocessing and Microprogramming 27 (1–5), pp. 489–493 (1989).

[32] R. Romaniuk, Photonics Letters of Poland 1 (1), pp. 1–3 (2009).

[33] R. Romaniuk, Photonics Letters of Poland, 1 (2), pp. 46–48 (2009).

[34] G. Kasprowicz, et al., Photonic Letters of Poland 1 (2), pp. 82–84 (2009).

[35] R. Romaniuk, Photonics Letters of Poland 1 (3), pp. 103–105 (2009).

[36] R. Romaniuk, Photonics Letters of Poland 2 (1), pp. 22–24 (2010).

[37] R. Romaniuk, Photonics Letters of Poland 2 (2), pp. 55–57 (2010).

[38] R. Romaniuk, Photonics Letters of Poland 2 (2), pp. 64–66 (2010).

[39] P. Obroślak, et al., Photonics Letters of Poland 2 (3), pp.134–136 (2010).

[40] R. Romaniuk, Phot. Lett. Poland, 3 (2), pp. 91–93 (2011).