Lasers in the dual use technologies

In the more developed countries the use of modern technologies in the national economy is a general process allowing joint funding of a security research and development by both sources, state and private. The last one is especially involved in applications of modern technologies. One of the examples of important modern technologies being under development in many countries are dual-use technologies, which include IT technologies, sensors, effective energy sources, material science, nanotechnology, micro- and nano-electronics, photonics, biotechnology and quantum medicine. In this paper chosen technologies fulfilling the needs of the military technique and security monitoring systems, which have found their applications in the different branches of industry like power engineering, transportation, construction industry, metrology, protection of environment and the medicine, are discussed. The examples include the devices and lasers systems for different threats monitoring, which have been developed at the Military University of Technology. The research studies carried out on the analysis of various materials based on their spectroscopic characteristics: absorption, emission, dispersion, polarization and fluorescence in different mediums have led to the development of laser telemetry devices, environment monitoring devices and spatial imagery, as well as devices for medical diagnostics and therapy. Mentioned systems are composed of functional modules, which were developed to meet the real needs. These systems can be expanded further by addition of extra detectors of chemical materials and physical properties, and improving measuring functions and data transmission and processing

Spectroscopic and resistance characteristics of anti-laser protective filters

W artykule omówiono problematykę ochrony wzroku przed promieniowaniem laserowym oraz nowe rozwiązania przeciwlaserowych filtrów ochronnych opracowanych w Wojskowej Akademii Technicznej. Przedstawiono wyniki badań spektroskopowych i odporności energetycznej filtrów o różnej konstrukcji optycznej. W opracowaniu filtrów wykorzystano różne technologie materiałowe, w tym technologie wytopu szkieł krzemianowych i fosforanowych domieszkowanych różnymi domieszkami selektywnie pochłaniającymi promieniowanie w zadanym obszarze widmowym oraz technologie stosów cienkowarstwowych. Własności spektralne szkieł filtrowych zmodyfikowano interferencyjnymi pokryciami dielektrycznymi, uzyskując filtry selektywne na kilka długości fal, spełniające wymagania zwiększonej transmisji w obszarze widzialnym, podwyższonej odporności energetycznej i kontrastu widzenia oraz podnoszące komfort pracy przy dłuższym stosowaniu.The article presents the problem of eye protection against laser radiation and new antilaser protection filters developed at the Military University of Technology. The results of spectroscopic investigations and tests of energetic protection of optical filters of various constructions are presented. Different material technologies were used for filters design, including the melting technologies of silicon and phosphate glass. The filter glasses were doped with the dopants selectively absorbing radiation in the given spectral range. Also the technologies of thin-layer piles were applied. Spectral properties of filter glass were modified with interference dielectric coatings. As a result, the filters selective at several wavelengths were obtained. Such filters fulfil the requirements of better transmission in a visible range, higher energetic resistance, better contrast and vision comfort of user operation during long-lasting applications

Excitation-emission characteristics of phosphors doped with cerium and chromium ions

W pracy przedstawiono wyniki badań materiałów luminescencyjnych, na osnowie granatu itrowo-glinowego, domieszkowanych jonami ceru i chromu, przeznaczonych do nowoczesnych półprzewodnikowych źródeł światła białego. Przeprowadzono pomiary charakterystyk wzbudzeniowo-emisyjnych luminoforów występujących w postaci krystalicznej oraz materiału ceramicznego. Analizowano wpływ struktury krystalicznej oraz poziomu domieszkowania na charakterystyki emisyjne potencjalnych luminoforów.As a class of inorganic phosphors, yttrium aluminium garnet (Y₃Al₅O₁₂,YAG) has received considerable attention because of its applications. YAG is commonly used as a host material in various solid state lasers, cathode ray tubes and as a scintillator. In this article we focus on luminescence of synthetic crystalline and ceramic phosphors of the garnet group for white light emitting diodes (LEDs). The article places importance on methods of white light receiving. This sheds light on interesting trends connected with solid state lightening issues. Exciting emitting spectra of chromium, magnesium and rare earth elements doped (active ions) YAG were gathered in order to compare results and find major differences between particular samples. Moreover, we have analysed influence of crystalline structure and doping's level on emitting characteristics of potential phosphors for semiconductor sources of white light

Investigations of scattering characteristics of aerosols using optoelectronic smoke detector

W artykule przeprowadzono analizę teoretyczną charakterystyk rozproszeniowych aerozoli z zastosowaniem optoelektronicznego czujnika dymu z detekcją wielospektralną. Dzięki zastosowaniu trzech długości fal oraz trzech detektorów umieszczonych pod różnymi kątami względem padającego promieniowania, możliwa jest dziewięciokanałowa analiza rozpraszania promieniowania. taka budowa czujnika umożliwia detekowanie cząstek dymu o rozmiarach z szerokiego zakresu 0.1÷10 μm, co pozwala na wykrywanie dymów czarnych, białych oraz tzw. niewidocznych.The article presents theoretical analyses of aerosols scattering profile of optoelectronic multichanel smoke detector. Application of tree wavelengths and tree detectors, which were placed at various angles to direction of incident radiation, enables us nine-channel analyses of light scattering. Due to this construction of a sensor, the detection of smoke particles of the sizes from wide range of 0.1-10 μm is possible (detection of black smoke, white smoke and invisible one)

Remote detection of alcohol vapours in moving vehicles

W pracy przedstawiono oryginalną metodę zdalnego wykrywania par alkoholu w poruszających się samochodach przy pomocy urządzenia wykorzystującego wiązkę światła laserowego oddziaływującego rezonansowo z parami alkoholu. Zasygnalizowana została motywacja podjęcia przedstawionej tematyki. Przypomniano opis występujących zjawisk fizycznych. Pokazano wyniki wstępnych badań. Opisany został układ eksperymentalny, na którym przebadano możliwości proponowanej metody. Wyciągnięto wnioski odnośnie prowadzenia dalszych prac badawczych i budowy stanowiska prototypowego do wykorzystania na drogach.An original method of remote detection of alcohol vapours in moving vehicles is presented in the paper. The method is based on resonance interaction of laser light with alcohol vapours.The intention for undertaking the problem is signalized. Physical phenomena are briefly discussed and the preliminary investigation results are presented. Method capabilities were checked in the experimental stand which is also described. Conclusions related to the future research and the prototype stand for the use on roads are drawn

Optimization and generation investigations of a passively q-switched YAG:Nd³⁺/YAG:Cr⁴⁺

W pracy przedstawiono optymalizację lasera z pasywnym przełącznikiem dobroci generującego impulsy gigantyczne. Do analizy wykorzystano modele Degnana, Xiao-Bassa oraz Żendziana. Początkowy współczynnik wzmocnienia oraz straty dysypacyjne rezonatora wyznaczono metodą Findley'a-Clay'a. Dokonano analizy procedur optymalizacji lasera z nieliniowym absorberem, uwzględniając ESA. Przedstawiono wyniki badań generacji monoimpulsowej głowicy laserowej, wykazując poprawność zastosowanych modeli optymalizacyjnych.The paper presents the results of optimization procedures of a passively q-switched laser. The optimization procedure developed by Degnan, Xiao-Bass and Żendzian were used. Following a method first proposed by Findlay and Clay, small signal gain coefficient and the resonator losses were determined. Taking into account the excited state absorption of the non-linear absorber, the analysis of optimization procedures was carried out. Single-pulse generation was shown proving correctness of the applied procedures

Optoelectronic systems for remote detection of contaminations and atmosphere pollution

W artykule omówiono dwa rodzaje systemów zdalnego monitorowania: typu "stand-off" i typu "remote". Systemy "stand-off" pozwalają wykrywać zanieczyszczenia (gazy, aerozole, dymy, pyły) ze znacznej odległości bez kontaktu z obszarem występowania tego zanieczyszczenia. Są to aktywne systemy laserowe (lidary) lub pasywne systemy termowizyjne z wąskimi filtrami dopasowanymi do pasm pochłaniania gazów i obrazujące zmiany transmisji promieniowania pochłanianego wzdłuż drogi występowania gazu. Pojedyncza stacja typu "stand-off" może pokryć znaczny obszar, którego wielkość zależy od zasięgu promieniowania próbkującego, pola widzenia i szybkości skanowania. Systemy typu "remote" wykorzystują różne rodzaje niewielkich czujników punktowych, przy czym dane z tych czujników przesyłane są za pomocą łącz przewodowych lub bezprzewodowych do centrów alarmowych. Należy podkreślić, że w tym przypadku konieczny jest kontakt czujnika z analizowanym obszarem, zdalne wykrywanie osiąga się dzięki systemom transmisji danych pomiarowych. W artykule przedstawiono budowę, zasadę działania i podstawowe charakterystyki analityczne wybranych systemów pomiarowych "stand-off" i "remote" opracowanych w Wojskowej Akademii Technicznej, przeznaczonych do ciągłego monitorowania skażeń i zanieczyszczeń atmosfery.The paper presents two types of remote monitoring systems: "remote" and "stand-off" ones. "Stand-off" systems can be used for detection of pollution (gas, aerosol, smoke, dust) from a long distance without the contact with a polluted area. These are active laser systems (lidars) or passive thermovision systems with narrow filters matched with the bands of gases absorption and imaging the changes of transmission of the radiation absorbed at the path of gas presence. Single station of "stand-off" type can cover a significant area, the size of which depends on sampling radiation range, field of view, and scanning velocity. "Remote" type systems employ various point sensors and the data from these sensors are sent to alarm centers through wire or wireless connections. It should be pointed out that in this case the contact of a sensor with an analyzed area is indispensable and remote detection is performed due to the systems of measuring data transmission. The paper presents also design, principle and basic analytical characteristics of the chosen "stand-off" and "remote" measuring systems devoted to continuous monitoring of contamination and atmosphere pollution developed at the Military University of Technology

Comparison of cw generation in "Concentrated Glass" and SELG glasses pumped by 974 nm and 939 nm wavelength

Przeprowadzono badania generacji ciągłej mikrolaserów generujących promieniowanie 1,5 μm. Ośrodkiem aktywnym w badanych mikrolaserach było szkło "Concentrated Glass" oraz SELG (Strong Erbium Laser Glass) domieszkowane jonami erbu i iterbu o długościach równych drodze absorpcji. Wyznaczono charakterystyki generacyjne mikrolaserów przy pompowaniu diodami laserowymi generującymi promieniowanie o długości fali 974 nm i 939 nm dla różnych transmisji oraz promieni krzywizny zwierciadeł wyjściowych.The paper presents the results of investigations of cw generation in microchip lasers generating 1,5 μm radiation. The active media were made of "Concentrated Glass" and SELG (Strong Erbium Laser Glass) glass doped with erbium and ytterbium ions. The lengths of the active media were equal to the absorption length. Generation examinations were carried out for pumping by 974-nm and 939-nm laser diodes for different transmissions and radius of curvature of output mirrors

Influence of aerosol physical characteristics on backscattering coefficient

W artykule przeprowadzono wielopłaszczyznową analizę wpływu poszczególnych parametrów fizycznych na wartość współczynnika wstecznego odbicia od aerozolu. W technikach teledetekcji laserowej, współczynnik ten jest kluczową wielkością charakteryzującą analizowany aerozol. Umiejętność jego wyznaczania dla promieniowania o dowolnej długości fali, na podstawie znajomości zespolonego współczynnika załamania oraz rozkładu wielkości cząstek tworzących dany aerozol stwarza więc możliwości w zakresie jego identyfikacji (odwrotne zagadnienie lidarowe). Zasadniczym celem pracy jest wielospektralna analiza parametrów rozproszeniowych aerozoli wynikających z teorii Mie oraz wyznaczenie charakterystyk zasięgowych systemu lidarowego do zdalnego wykrywania i identyfikacji skażeń chemicznych i biologicznych.A wide analysis of the main aerosol physical parameters' impact on the backscattering coefficient has been developed. In the remote-sensing techniques, its value is considered to be one of the most crucial factors, since it corresponds to the properties of the remotely sensed aerosol. The capability of determining it theoretically, basing on the value of complex refractive index and the size distribution function of particles, creates the fundamental tool for identifying the unknown aerosol (inverse lidar problem). A computational code has been developed at the MATLAB environment. The calculations presented in the paper have been performed in accordance with Mie scattering theory