Badania nad nowymi źródłami światła w zakresie średniej podczerwieni

fot. dr hab. inż. Sławomir Sujecki, prof. Politechniki Wrocławskiej

Na Politechnice Wrocławskiej dobiega końca projekt badawczy nad nowymi źródłami światła na zakres średniej podczerwieni. To bardzo zaawansowana technologia, którą testuje niewiele ośrodków naukowych na świecie. Wyniki badań mogą znaleźć zastosowanie m.in. w medycynie oraz przemyśle kopalnianym.

Badaniami na PWr kieruje dr hab. inż. Sławomir Sujecki, prof. uczelni od wielu lat pracujący także na Uniwersytecie w Nottingham. Projekt realizowany jest w ramach grantu Polonez Narodowego Centrum Nauki, współfinansowanego przez Komisję Europejską (program ramowy Horyzont 2020).

Łatwiej i taniej

- Główne zalety nowych źródeł światła na zakres średniej podczerwieni to ich niska cena, prosta konstrukcja, duża niezawodność i praca niskotemperaturowa - wyjaśnia prof. Sujecki. - Średnia podczerwień znajduje szerokie zastosowanie w medycynie, może zwiększyć dostępność wielu metod diagnostycznych dla pacjentów, między innymi do rozpoznawania i klasyfikacji komórek nowotworowych. To także prosta i skuteczna metoda detekcji gazów np. w kopalniach – dodaje. 
W ramach projektu opracowano źródła światła podczerwonego, które pracują w zakresie fal od 2000 do 6000 nanometrów. Są to zakresy niewidoczne dla ludzkiego oka. - Każdy przedmiot o temperaturze większej od zera bezwzględnego emituje promieniowanie elektromagnetyczne. W przypadku obiektów, które mają temperaturę zbliżoną do temperatury pokojowej, duża część emitowanego promieniowania zawarta jest w zakresie długości fal odpowiadających średniej podczerwieni. Obecność takiego promieniowania elektromagnetycznego można rejestrować przy użyciu specjalnie skonstruowanych detektorów.

Nowoczesne materiały

Jednym z możliwych zastosowań tej technologii jest detekcja gazów cieplarnianych, np. dwutlenku węgla. Wiązania w molekule CO2  nie są w spoczynku, wibrują. Częstotliwość rezonansowa tych drgań odpowiada fali elektromagnetycznej o długości około 4,3 mikrometra. Jeżeli taką wibrującą molekułę oświetli się promieniowaniem o odpowiedniej długości fali, to ona zaczyna światło bardzo mocno absorbować. Przy zmianie stężenia CO2, będzie się też zmieniać intensywność procesu absorbcji. Na detektorze obserwujemy wtedy zmianę natężenia światła. Jest to więc prosty mechanizm. Wymaga jedynie doprowadzenia wiązki światła o odpowiedniej długości fali i jej detekcji – objaśnia prof. Sławomir Sujecki.

Technologia testowana na Politechnice Wrocławskiej wykorzystuje nowoczesne materiały, tzw. szkła chalkogenidkowe. Za ich opracowanie odpowiedzialny jest zespół z Uniwersytetu w Nottingham.

Potencjał komercyjny

Prof. Sujecki podkreśla, że podobne badania nad źródłami światła na zakres średniej podczerwieni nie są jeszcze zbyt popularne na świecie. Ocenia jednak, że to kwestia czasu, bo ta technologia może być tańszą i wydajniejszą alternatywą do obecnie używanych. – Choć nasze badania mają charakter podstawowy, to tkwi w nich ogromny potencjał komercyjny – ocenia prof. Sławomir Sujecki.

Projekt RoMISES (ang. Robust Mid Infrared Spontaneous Emission Sources with Tailored Output Spectrum Shape) rozpoczął się w 2017 roku. Realizowany był w Laboratorium Średniej Podczerwieni w Katedrze Telekomunikacji i Teleinformatyki PWr prowadzonej przez prof. Tadeusza Więckowskiego. W badaniach uczestniczyli też prof. Elżbieta Bereś-Pawlik i oraz dr inż. Łukasz Sójka. Koszt projektu wynosił prawie 1 milion zł. Wyniki zostały już opublikowane w czasopismach naukowych, m.in. „Journal of Luminescence”, kolejne artykuły czekają na publikację.