Strona domowa

Telefon:+48 56 611 3279
Nr pokoju:524
Email:szymon@fizyka.umk.pl
Konsultacje:poniedziałek 10:00 – 12:00
Jednostka:Instytut Fizyki
Zakład:Zakład Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej
Stanowisko:
Funkcja:-
ResearcherID: A-5425-2015
Google Scholar:mjFEWFAAAAAJ
 
 Publikacje
 Badania (kierownictwo)
 Konferencje i referaty
 
Tematyka badawcza:
  • Jednowymiarowa spektroskopia częstotliwościowa
  • Prowadzący badania: dr hab. Lisak Daniel
    Współpracownicy: dr hab. Roman Ciuryło, dr Agata Cygan, dr Szymon Wójtewicz, dr Jolanta Domysławska, mgr inż. Mikołaj Zaborowski
    Opis: Projekt NCN Opus. Celem projektu jest rozwój nowej metody spektroskopowej opartej wyłącznie na pomiarze częstotliwości. W ramach wstępnych badań zademonstrowaliśmy metodę dyspersyjną wzmocnioną wnęką optyczną, w której obydwie osie widma uzyskuje się z pomiaru częstotliwości modów wnęki. Planujemy wykorzystać ogromny potencjał precyzji i dokładności tej metody wynikający z dobrze rozwiniętej metrologii częstotliwości. Ponadto planujemy rozwijać spektroskopię zespolonego współczynnika załamania, która łączy dobrze znaną absorpcyjną technikę spektroskopii strat we wnęce (cavity ring-down) z nową metodą spektroskopii dyspersyjnej. Badanie widm zespolonych daje unikalną możliwość weryfikacji zgodności między widmem absorpcyjnym i dyspersyjnym i eliminacji potencjalnych systematycznych błędów w danych eksperymentalnych. Dlatego metoda ta zostanie wykorzystana do badania widm cząsteczek szczególnie istotnych w fizyce atmosfery oraz do testowania teorii kształtu linii widmowych. Dokładne pomiary rezonansowej dyspersji związanej ze słabym przejściem molekularnym w ośrodku gazowym wymagają bardzo wysokiej rozdzielczości spektralnej. We wstępnych badaniach [Opt. Express 23, 14472 (2015)] zademonstrowaliśmy że pomiar częstotliwości modów TEM00 wnęki optycznej o wysokiej dobroci może dostarczyć wyjątkowo dokładnej informacji o widmie dyspersyjnym gazu wewnątrz wnęki. Metoda ta wymaga jednak użycia lasera o ultra wąskiej szerokości emisji oraz eliminacji dryfu i szumu akustycznego wnęki. Obydwa te wymagania można spełnić poprzez dowiązanie fazowe lasera do modu wnęki metodą Pounda-Drevera-Halla i izolując wnękę od otoczenia za pomocą odpowiednio zaprojektowanej komory próżniowej oraz stabilizując długość drogi optycznej wnęki do optycznego wzorca częstotliwości. System taki ze wzorcem częstotliwości dowiązanym do wzorca UTC-AOS lub strontowego zegara optycznego (projekt POZA) dostępnych w laboratorium KL FAMO pozwoli na pomiary przesuniętych dyspersyjnie modów wnęki z sub-herc
  • Efekty temperaturowe w spektroskopii zderzeń molekularnych
  • Prowadzący badania: dr hab. Lisak Daniel
    Współpracownicy: dr Agata Cygan, dr Piotr Masłowski, dr Szymon Wójtewicz, mgr inż. Dominik Charczun, mgr inż. Magdalena Konefał, dr hab. Roman Ciuryło, dr Katarzyna Bielska
    Opis: Projekt NCN Sonata Bis. Celem projektu jest doświadczalne zbadanie temperaturowych i zderzeniowych zależności widm cząsteczek ważnych m. in. w badaniach atmosfery i zmian klimatu oraz rozwój nowych metod spektroskopowych wzmocnionych wnęką optyczną, zarówno bezdopplerowskich, o bardzo wysokiej rozdzielczości, jak i szerokopasmowych wykorzystujących grzebień częstotliwości optycznych. W szczególności planujemy doświadczalne wyznaczenie zależności zderzeniowego rozszerzenia i przesunięcia linii widmowych od prędkości cząsteczek (tzw. efekty zależne od prędkości) z precyzyjnie zmierzonych kształtów linii widmowych i weryfikację istniejących modeli teoretycznych kształtu linii opisujących to zjawisko. Dane te pozwolą na prawidłową interpretację innych efektów kształtu linii, w szczególności zderzeń zmieniających prędkość i korelacji między zderzeniami zmieniającymi fazę i prędkość. Planujemy zbadanie stosowalności nowych metod pomiaru widma z szerokości modów wnęki (cavity mode width spectroscopy) oraz z dyspersji modów wnęki (cavity mode dispersion spectroscopy), bazujących na pomiarze częstotliwości, a nie natężenia światła, do szerokopasmowej spektroskopii wykorzystującej optyczny grzebień częstotliwości (OFC). Celem jest tu eliminacja systematycznych efektów aparaturowych spektroskopii szerokopasmowej we wnęce spowodowanych dyspersją modów wnęki. Badania doświadczalne widm molekularnych w zakresie widzialnym (O2) i bliskiej podczerwieni (CH4, CO, CO2, C2H2) będą zrealizowane metodą spektroskopii strat we wnęce optycznej ze stabilizacją częstotliwości (frequency-stabilized cavity ring-down spectroscopy), którą systematycznie rozwijamy i jest obecnie najdokładniejszą techniką pomiaru linii o małych natężeniach. Do zbadania zależności temperaturowych kształtu linii zbudowana będzie wnęka optyczna (zawierająca badany gaz) z precyzyjną regulacją temperatury. Częstotliwości modów wnęki stabilizowane będą do wzorca optycznego, a laser próbkujący dowiązany i zawężony spekt
  • Spektroskopia strat we wnęce ze stabilizacją częstotliwości (FS-CRDS) w ultra precyzyjnych badaniach układów gazowych
  • Prowadzący badania: dr hab. Lisak Daniel
    Współpracownicy: dr hab. Roman Ciuryło, prof. dr hab. Ryszard S. Trawiński, dr Agata Cygan, dr Jolanta Domysławska, dr Szymon Wójtewicz
    Opis: Celem projektu są pomiary i analiza widm molekularnych cząsteczek mających szczególne znaczenie w badaniach atmosfery ziemskiej oraz w nowoczesnej diagnostyce medycznej. Projekt obejmuje badania podstawowe z zakresu spektroskopii wysokiej zdolności rozdzielczej oraz analizy kształtów linii widmowych, ich natężeń i częstotliwości przejść. Analiza kształtów linii widmowych wymagać będzie uwzględnienia szeregu efektów fizycznych wpływających na obserwowany profil linii, takich jak: dopplerowskie rozszerzenie linii, zderzeniowe rozszerzenie i przesunięcie linii, zderzeniowe zwężenie linii (zwężenie Dickego), zależność zderzeniowego rozszerzenia i przesunięcia linii od prędkości cząsteczek. Analiza powyższych efektów dostarcza informacji na temat oddziaływań międzycząsteczkowych jak również dynamiki procesów zderzeniowych. Z drugiej strony efekty te komplikują analizę danych w zastosowaniach spektroskopii do zdalnego wyznaczania składu i parametrów fizycznych gazu. Precyzyjne dane dotyczące częstotliwości, natężeń i zderzeniowych parametrów kształtu linii są niezbędne w takich zastosowaniach jak spektroskopowe wyznaczanie temperatury i ciśnienia, detekcja śladowych ilości gazów, badanie atmosfery Ziemi i innych planet, modelowanie pogody i zmian klimatycznych czy nieinwazyjna diagnostyka medyczna. Satelitarne systemy lidarowe monitorujące skład atmosfery z dużą rozdzielczością przestrzenną wymagają precyzyjnych danych spektroskopowych dotyczących wybranych przejść molekularnych. Wymagane parametry linii widmowych często muszą charakteryzować się niepewnościami poniżej 0.3%. Uzyskanie tak dokładnych danych doświadczalnych jest trudne i wymaga użycia spektrometrów o doskonałej stabilności długoczasowej, liniowości układu detekcyjnego i zaniedbywalnej lub bardzo dobrze określonej funkcji aparaturowej. Wymagania te doskonale spełnia spektrometr cavity ring-down ze stabilizacją częstotliwości (frequency-stabilized cavity ring-down spectrometer – FS-CRDS).
  • Spektroskopia szerokości modów wnęki (CMWS)
  • Prowadzący badania: dr Cygan Agata
    Współpracownicy: dr Szymon Wójtewicz, mgr inż. Mikołaj Zaborowski
    Opis: Celem projektu jest rozwój nowej, ultraczułej techniki spektroskopowej, zwanej cavity mode-width spectroscopy (CMWS), polegającej na wyznaczaniu współczynnika absorpcji z pomiaru szerokości modów wnęki optycznej o dużej dobroci, wypełnionej ośrodkiem absorbującym. Technika ta została zaproponowana w 2013 roku niezależnie i praktycznie równocześnie przez grupę badawczą J. T. Hodgesa z NIST i naszą. W przeciwieństwie do znanej techniki cavity ring-down spectroscopy (CRDS), również wykorzystującej oddziaływanie światła z wnęką do wyznaczenia współczynnika absorpcji, technika CMWS nie wymaga szerokopasmowych i jednocześnie dobrze liniowych detektorów światła pozwalających na pomiar szybko zmiennych sygnałów w warunkach dużej absorpcji. Należy zatem spodziewać się, że metodę CMWS będzie charakteryzował znacznie szerszy zakres dynamiczny pomiarów absorpcji niż metodę CRDS. Technika CMWS może być używana komplementarnie w stosunku do CRDS w warunkach dużych absorpcji, gdzie precyzyjny pomiar czasu zaniku światła w metodzie CRDS jest niemożliwy. Z drugiej strony, przy odpowiednio dobrej stabilizacji osi częstotliwości oraz użyciu ultra wąskich i stabilnych laserów, czułość techniki CMWS może być porównywalna z CRDS. Stwarza to obiecujące warunki rozwoju w przyszłości uniwersalnej techniki spektroskopowej umożliwiającej ultraczułe pomiary w szerokim zakresie zmian współczynnika absorpcji. Należy ponadto zaznaczyć, że w porównaniu z transmisyjnymi technikami absorpcyjnymi, również wykorzystującymi wnęki optyczne do poprawy czułości, metoda CMWS podobnie jak CRDS jest praktycznie niewrażliwa na fluktuacje mocy promieniowania laserowego. Projekt obejmuje eksperymentalną weryfikację spodziewanych zalet nowo rozwijanej techniki CMWS, pierwsze bezpośrednie porównanie różnych ultraczułych technik absorpcyjnych wykorzystujących wnęki optyczne oraz pomiary samo rozszerzonych linii O2 z pasma B (689 nm) i CO (1570 nm) przeprowadzone po raz pierwszy w zakresie wysokich absorpcj