Dr inż. Mateusz Szatkowski z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki otrzymał blisko 3 mln zł w programie First Team FENG. Naukowiec pokieruje projektem z zakresu innowacyjnej optyki adaptacyjnej, który poprawi jakość komunikacji optycznej w wolnej przestrzeni, np. z satelitami.

Projekt będzie realizowany we współpracy ze Scanway, który pełni rolę partnera gospodarczego. Współpraca Politechniki Wrocławskiej i firmy przyczyni się do rozwoju wiedzy technologicznej w obszarze adaptive optics.

First Team FENG to program, który pozwala na zdobycie finansowania na założenie zespołu badawczego, zakup aparatury i prowadzenie w Polsce innowacyjnych badań z potencjałem aplikacyjnym. W każdym projekcie planowana jest współpraca z zagranicznym partnerem naukowym i krajowym partnerem gospodarczym, przy czym wsparcie finansowe jest udzielane wyłącznie wnioskującej organizacji badawczej z Polski.

W tej edycji do konkursu zgłoszono 102 wnioski, z których dofinansowanie na łączną kwotę 50 mln zł otrzymało 13 projektów. Jednym z nich pokieruje dr inż. Mateusz Szatkowski z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki. Naszemu naukowcowi na realizację projektu „Optyka adaptacyjna z wykorzystaniem czujników frontu falowego opartych na osobliwościach fazowych” przyznano blisko 3 mln zł.

Jak pokonać zakłócenia w atmosferze?

Światło przechodzące przez turbulentną atmosferę ulega zniekształceniom, dlatego komunikacja w wolnej przestrzeni, np. z satelitami, bywa zawodna. Układy optyki adaptacyjnej mierzą te zniekształcenia i korygują je w czasie rzeczywistym, umożliwiając poprawę jakości wysyłanego sygnału pomimo jego degradacji na skutek występujących zaburzeń.

– Szczególnie krytycznym obszarem jest zakres silnej turbulencji, ponieważ wtedy w wiązce pojawiają się punkty, w których natężenie światła zanika, a faza jest nieokreślona. Nazywamy je osobliwościami fazowymi. Pomiar ich położenia i dokładne określenie parametrów to wciąż spore wyzwanie dla klasycznie stosowanych urządzeń, lecz stanowią kluczowy element procesu korekcji – wyjaśnia dr Szatkowski.

W projekcie badacze chcą odwrócić to podejście i wykorzystać pozorną wadę frontu falowego jako element pomiarowy. Celowo wprowadzą do układu własne, kontrolowane osobliwości, a na podstawie ich oddziaływania z tymi, które tworzy atmosfera, będą w stanie określić ich położenie oraz pozostałe cechy topologiczne.

– Wadę zamienimy w nośnik informacji i wykorzystamy go do stworzenia układu optyki adaptacyjnej do komunikacji w wolnej przestrzeni. Efekty naszych prac poznamy za niecałe cztery lata – dodaje naukowiec.

Międzynarodowa współpraca

Badania będą prowadzone w Katedrze Optyki i Fotoniki na Wydziale Podstawowych Problemów Techniki. Konsultantami w projekcie będą Szymon Gładysz (Fraunhofer IOSB, Niemcy), ekspert w dziedzinie optyki adaptacyjnej; Mitchell Cox (University of the Witwatersrand, RPA), specjalista w zakresie komunikacji z wykorzystaniem strukturyzowanego światła oraz Maria Cywińska (Politechnika Warszawska), rozwijająca metody odtwarzania fazy z wykorzystaniem uczenia maszynowego.

Partnerem gospodarczym projektu jest natomiast firma Scanway zajmująca się tworzeniem instrumentów optycznych dla misji kosmicznych, która udostępni infrastrukturę testową oraz będzie konsultować wymagania stawiane układom optyki adaptacyjnej.

Założenia metody powstały we współpracy z Rosario Porras-Aguilar z University of North Carolina at Charlotte (USA) i stanowią podstawę zgłoszenia patentowego do European Patent Office dotyczącego czujnika frontów falowych na wirach optycznych.

Zgłoszenie jest efektem projektu realizowanego w programie Lider (NCBiR, 0230/L-13/2022), kierowanego przez dr. inż. Mateusza Szatkowskiego, oraz projektu Directorate for Engineering (NSF, 2047592), kierowanego przez prof. Rosario Porras-Aguilar.

mic