Descrizione della commessa "Sviluppo di strumentazione ottica e fotonica (Vis-UV-XUV-X) per impieghi scientifici (spaziali e radiazione di sincrotrone) ed industriali (MD.P03.010)"

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  • Descrizione della commessa "Sviluppo di strumentazione ottica e fotonica (Vis-UV-XUV-X) per impieghi scientifici (spaziali e radiazione di sincrotrone) ed industriali (MD.P03.010)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Le attività della commessa hanno una rilevante applicabilità per diversi bisogni individuali e collettivi. Utilizzo di metodi ottici per la diagnostica e sicurezza all'esposizione ai raggi solari; sistemi di validazione di metodi protettivi per l'UV. Sviluppo ed ottimizzazione di filtri per la radiazione UV. Utilizzo di sistemi laser per la catalogazione e monitoraggio di opere d'arte quali cappelle affrescate con simultanea misura di forma e colore. Sviluppo di mappe digitali e 3D di opere d'arte. Individuazione di pigmenti per la catalogazione di opere d'arte. Sviluppo di sistemi per la rivelazione di inquinanti ed agenti patogeni in tracce nell'espirato umano mediante spettroscopia laser. Utilizzo di laser a diodi di potenza e laser in fibra per odontoiatria e per chirurgia polmonare fine. Sviluppo di ottiche innovative con applicazioni in campo spaziale per l'osservazione di superfici di comete, pianeti ed asteroidi. Sviluppo di strumentazione per l'analisi quantistica della radiazione con applicazioni sia alle comunicazioni quantistiche sia all'astronomia quantistica. (literal)
  • Le attività della commessa hanno una rilevante applicabilità per diversi bisogni individuali e collettivi: Utilizzo di metodi ottici per la diagnostica e sicurezza all'esposizione ai raggi solari; sistemi di validazione di metodi protettivi per l'UV. Sviluppo ed ottimizzazione di filtri per la radiazione UV. Utilizzo di sistemi laser per la catalogazione e monitoraggio di opere d'arte quali cappelle affrescate con simultanea misura di forma e colore. Sviluppo di mappe digitali e 3d di opere d'arte. Sviluppo di sistemi per la rivelazione di inquinanti ed agenti patogeni in tracce nell'espirato umano mediante spettroscopia laser. Utilizzo di laser a diodi di potenza e laser in fibra per odontoiatria e per chirurgia polmonare fine. Sviluppo di ottiche innovative con applicazioni in campo spaziale per l'osservazione di superfici di comete, pianeti ed asteroidi Sviluppo di strumentazione per l'analisi quantistica della radiazione con applicazioni sia alle comunicazioni quantistiche sia all'astronomia quantistica. (literal)
Strumentazione
  • La strumentazione impiegata consiste in laser sia ad impulsi che in funzionamento continuo, spettrografi e monocromatori nell'ultravioletto da vuoto e nei raggi X soffici, rivelatori calibrati dal visibile ai raggi X soffici, apparecchiature ottiche ed interferometriche, camera bianca per assemblaggio ottiche spaziali e facilities per deposizione di strati riflettenti. Per queste ultime in particolare si sono acquisiti importanti strumenti come un microscopio a forza atomica e un sistema spettrofotometrico di elevata precisione. E' presente anche una camera schermata per prove a raggi X su materiali e dispositivi fino a 140 kV. (literal)
  • La strumentazione impiegata consiste in laser sia ad impulsi che in funzionamento continuo, spettrografi nell'ultravioletto da vuoto e nei raggi X soffici. Apparecchiature ottiche ed interferometriche, camera bianca per assemblaggio ottiche spaziali e facilities per deposizione di strati riflettenti. Per queste ultime in particolare si sono acquisiti importanti strumenti come un microscopio a forza atomica e un sistema spettrofotometrico di elevata precisione. E' presente anche una camera schermata per prove a raggi X su materiali e dispositivi fino a 160 kV. (literal)
Tematiche di ricerca
  • La commessa si identifica con le attività del gruppo LUXOR: Lab. for UV and X-Ray Optical Research (UOS Padova IFN). Produzione di armoniche di ordine elevato nel campo dell'XUV con laser ai fs e loro utilizzo come probe per la materia. Sviluppo di strumentazione ottica per l'utilizzo delle armoniche. Sviluppo di strumentazione XUV per laser ad elettroni liberi (Fermi a Trieste, FLASH ad Amburgo): strum. spettroscopica, specchi a multistrato. Sviluppo di strumentazione XUV per impieghi spaziali (missioni planetarie: Bepi Colombo su Mercurio e solari: Solar Orbiter SOLO). Comunicazioni quantistiche: trasmissioni crittografate terra-spazio. Sviluppo di film sottili e nanostrutture per applicazioni all'ottica. Diagnostica a raggi X per test non distruttivi. Misure spettrali nel visibile per applicazioni ai beni culturali. Lavorazioni meccaniche con laser a diodi di potenza e sviluppo di ottiche innovative. Sviluppo ottiche deformabili per applicazioni ai laser ed all'oftalmetria. Spettroscopia laser per la rivelazione di gas in contenitori sigillati: applicazioni nel settore dell'enologia e del packaging. Lavorazioni laser di precisione per il settore farmaceutico. (literal)
  • Produzione di plasmi con laser ai ns e fs come sorgenti di radiazione XUV e loro utilizzo per radiografia normale ed a contrasto di fase Produzione di armoniche di ordine elevato nel campo dell'XUV con laser ai fs e loro utilizzo come probe per la materia; sviluppo strumentazione spettroscopica compensata in tempo per l'utilizzo delle armoniche Sviluppo di strumentazione XUV per SR e FEL (Fermi a TS, Sparx a Frascati, FEL di Amburgo) Sviluppo di strumentazione XUV per impieghi spaziali (missioni planetarie: Bepi Colombo su Mercurio e solari: Solar Orbiter SOLO) Satellite per comunicazioni quantistiche Deposizione di film sottili per specchi multilayers per XUV Diagnostica con i raggi X per NDT in campo industriale: applicazioni all'alimentare Misure di distanza e forme di oggetti con laser per applicazioni industriali e ai beni culturali Lavorazioni meccaniche con laser a diodi di potenza e sviluppo di ottiche innovative Sviluppo ottiche deformabili per applicazioni ai laser ed all'oftalmetria Sviluppo di sensori basati sulla riflettività totale per applicazioni biochimiche Spettroscopia laser per la rivelazione di gas in contenitori sigillati: applicazioni nel settore del vino (literal)
Competenze
  • Le competenze sviluppate in diversi decenni dai partecipanti alla commessa riguardano sia l'ottica classica che quella quantistica e la spettroscopia. In particolare il gruppo è leader mondiale nel settore della strumentazione nell'estremo ultravioletto e nei raggi X soffici. In questo campo vi sono stati molteplici riconoscimenti nel corso degli anni. Strumentazione sviluppata dal gruppo è presente in importanti missioni spaziali (satellite SOHO per l'osservazione solare lanciato nel Dic. 1999 e tutt'ora funzionante); per la diagnostica dei FEL (il primo FEL nell'XUV quello a Desy, Amburgo monta uno strumento fornito da Luxor). La fondamentale collaborazione tra il CRS Ultras e Luxor è basata sull'integrazione di competenze al massimo livello: CRS Ultras leader nel campo dei laser ultrabrevi ed il nostro gruppo leader delle tecnologie dell'estremo ultravioletto. Diverse importanti pubblicazioni (Science, Nature) testimoniano dei risultati ottenuti. Le competenze del gruppo hanno anche importanti ricadute pratiche: diversi sono stati i brevetti ottenuti e licenziati e dal gruppo di Luxor sono stati creati tre spin-off perfettamente attivi dopo alcuni anni dalla loro creazione. (literal)
  • Le competenze sviluppate dal gruppo LUXOR riguardano sia l'ottica classica che quella quantistica, la spettroscopia e la fisica dei film sottili. In particolare il gruppo è leader riconosciuto a livello internazionale nel settore di sviluppo di strumentazione innovativa nell'estremo ultravioletto e nei raggi X soffici. In questo campo vi sono stati molteplici riconoscimenti nel corso degli anni. Strumentazione sviluppata dal gruppo è presente in importanti missioni spaziali (missioni SOHO e ROSETTA), in Sincrotroni (ELETTRA, TS) e per la diagnostica dei FEL (FLASH Amburgo). La fondamentale collaborazione tra il IFN-Milano e LUXOR è basata sull'integrazione di competenze al massimo livello: Milano è leader nel campo dei laser ultrabrevi e LUXOR leader delle tecnologie dell'estremo ultravioletto. Diverse importanti pubblicazioni e progetti in comune testimoniano dei risultati ottenuti. Le competenze del gruppo hanno anche importanti ricadute pratiche: diversi sono i brevetti CNR. Uno spin-off INFM e tre spin-off dell'Univ. di Padova sono nati nell'ambito delle attività svolte presso LUXOR. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Le attività della commessa hanno una rilevante applicabilità per diversi processi produttivi. Saldatura, taglio e marcatura con laser nel settore orafo e dei semiconduttori con sviluppo di soluzioni originali per il compattamento dei fasci provenienti da arrays di diodi laser di potenza; utilizzo di laser in fibra per applicazioni metallurgiche. Impiego dei laser VCSEL e Quantum Cascade nel campo della diagnostica spettroscopica con applicazioni all'industria alimentare: individuazione di gas e misura della loro concentrazione e pressione con applicazioni al settore agroalimentare. Analisi con i raggi X della presenza di difettosità o di corpi estranei in prodotti alimentari e farmaceutici. Sviluppo di tecniche di tomografia X per applicazioni industriali. Sviluppo di sensori applicati in campo biochimico per analisi ad es. di proteine. Utilizzo di laser per metrologia nei processi produttivi. Ottiche innovative per utilizzo in strumenti per l'oftalmologia e per il controllo di lenti. Misure ambientali di irraggiamento nell'ultravioletto: sviluppo di strumentazione per il monitoraggio della radiazione ultravioletta e loro utilizzo per protezione dermatologica (literal)
  • Le attività della commessa hanno una rilevante applicabilità per diversi processi produttivi: Saldatura, taglio e marcatura con laser nel settore orafo e dei semiconduttori con sviluppo di soluzioni originali per il compattamento dei fasci provenienti da arrays di diodi laser di potenza; utilizzo di laser in fibra per applicazioni metallurgiche. Impiego dei laser VCSEL e Quantum Cascade nel campo della diagnostica spettroscopica con applicazioni all'industria alimentare: individuazione di gas e misura della loro concentrazione e pressione in bottiglie di vino o altre bevande. Analisi con i raggi X della presenza di difettosità o di corpi estranei in prodotti alimentari e farmaceutici. Sviluppo di tecniche di tomografia discreta per applicazioni industriali. Sviluppo di sensori applicati in campo biochimico per analisi ad es. di proteine Utilizzo dei laser per la videoproiezione Ottiche innovative per utilizzo in strumenti per l'oftalmologia e per il controllo di lenti Misure ambientali di irraggiamento nell'ultravioletto: sviluppo di strumentazione per il monitoraggio della radiazione ultravioletta e loro utilizzo per protezione dermatologica (literal)
Tecnologie
  • In campo applicativo il gruppo Luxor cerca di risolvere problemi posti da aziende per lo più PMI locali attive nei diversi settori e che abbisognano di avanzamenti nel campo dell'ottica, dei raggi X, delle misure ottiche e spettroscopiche. Spesso tali attività comprendono anche la realizzazione di prototipi destinati poi ad una ingegnerizzazione e produzione industriale. Gli spin-off creati da ricercatori e/ dottorandi: Phoenix Ricerche e Tecnologie Ottiche (1999) e Think Laser (2003)sono attivi rispettivamente nei settori delle tecnologie ottiche e nel settore delle applicazioni dei laser a diodo ed in fibra di potenza. Nei loro settori stanno operando molto bene. Il primo impiega oggi 8 persone ed il secondo 4. Un terzo spin-off: Lpro è stato creato recentemente e si occupa di applicazioni nel campo della diagnostica dei gas utilizzando laser VCSEL e Quantum Cascade. Le tecnologie sviluppate presso il Luxor riguardano: ottiche deformabili, deposizione di multistrati su specchi per elevata riflettività nell'XUV, ottiche anamorfiche per accoppiamento laser a diodi per lavorazioni meccaniche, impiego di laser VCSEL per analisi di gas in contenitori chiusi. (literal)
  • In campo applicativo il gruppo LUXOR cerca di risolvere problemi posti da aziende, per lo più PMI locali, attive nei diversi settori e che abbisognano di avanzamenti nel campo dell'ottica applicata. Spesso tali attività comprendono anche la realizzazione di prototipi destinati poi ad una ingegnerizzazione e produzione industriale. Le tecnologie sviluppate presso LUXOR riguardano: ottiche deformabili, deposizione di multistrati su specchi per elevata riflettività nell'XUV, ottiche anamorfiche per accoppiamento laser a diodi per lavorazioni meccaniche, impiego di laser VCSEL per analisi di gas in contenitori chiusi. Quattro spin-off sono stati creati da ricercatori e/o dottorandi attivi presso LUXOR: Phoenix Ricerche e Tecnologie Ottiche (INFM, 1999), Think Laser (UNIPD, 2005), LPRO (UNIPD, 2007) e Adaptica (UNIPD, 2009). Sono attivi rispettivamente nei settori delle tecnologie ottiche, delle applicazioni dei laser a diodo ed in fibra di potenza, della diagnostica dei gas utilizzando laser VCSEL e Quantum Cascade, dell'ottica adattiva. (literal)
Obiettivi
  • Gli obbiettivi sono indicati nel dettaglio per le attività descritte nei due moduli. (literal)
  • Completamento dei contratti in corso con diverse aziende e acquisizione di nuove commesse. Partecipazione alle attività dei FEL in corso di realizzazione in Italia (Trieste e Frascati) ed in Europa (Amburgo): realizzazione di strumentazione XUV per la diagnostica e l'utilizzo dei FEL: Sviluppo di monocromatori compensati in tempo. Studio e sviluppo di strumentazione spaziale per la missione Bepi Colombo, partecipazione alla gara per la missione SOLO . Collaborazione all'utilizzo di una facility per la generazione di armoniche di ordine elevato presso Elettra. Realizzazione di un sistema per microtomografia ed utilizzo del metodo a contrasto di fase in diagnostica X, anche industriale. Realizzazione di una facility per X duri prodotti dall'interazione laser ultrabrevi-bersagli solidi presso CRS ULTRAS (MI) Strumentazione compensata in tempo per l'utilizzo delle armoniche di ordine elevato Realizzazione di sensori biochimici utilizzanti la riflettività totale Sviluppo di sistemi a spettroscopia laser per la diagnostica di gas in tracce: applicazione all'espirato umano Sistemi di spettroscopia laser per la rivelazione di Ossigeno: applicazione al settore dei vini (literal)
Stato dell'arte
  • Le tematiche di ricerca, pur nella loro grande varietà, appartengono al filone delle applicazioni della moderna ottica ed optoelettronica. In questi settori l'avanzamento è molto rapido per l'impatto delle nuove tecnologie. L'Ottica e l'Optoelettronica rappresentano tecnologie abilitanti utili in diversi settori. Infatti metodi, tecnologie ed apparecchiature di misura incorporanti essenziali contenuti ottici ed optoelettronici, trovano impiego sia in campo scientifico che applicativo. Nel primo settore i laser, e più recentemente i FEL, rappresentano le realizzazioni più significative. Un altro settore importante è nell'astronomia e nell'ottica spaziale. In campo applicativo le ricadute delle tecnologie ottico-spettroscopiche spaziano dalla sicurezza all'alimentare, al biomedicale, ai beni culturali ed ambientali, alla diagnostica industriale. Le attività della commessa rappresentano innovazioni molto significative nei relativi campi, in particolare nell'utilizzo di laser ultrabrevi, nello sviluppo di ottica spaziale innovativa, nello sviluppo di film sottili e nanostrutture ed in diverse applicazioni tecnico-industriali, quali l'analisi di gas e le lavorazioni meccaniche fini. (literal)
  • Le tematiche di ricerca pur nella loro grande varietà appartengono al filone delle applicazioni della moderna ottica ed optoelettronica. In questi settori l'avanzamento è molto rapido per l'impatto delle nuove tecnologie e nanotecnologie. L'Ottica e l'Optoelettronica rappresentano tecnologie abilitanti utili in diversi settori. Infatti metodi, tecnologie ed apparecchiature di misura incorporanti essenziali contenuti ottici ed optoelettronici, trovano impiego sia in campo scientifico che applicativo. Nel primo settore i laser, e più recentemente i FEL, rappresentano le realizzazioni più significative. Un altro settore importante è nell'astronomia e nell'ottica spaziale. In campo applicativo le ricadute delle tecnologie ottico-spettroscopiche spaziano dalla sicurezza all'alimentare, al biomedicale, ai beni culturali ed ambientali, alla diagnostica industriale e del settore consumer. Le attività della commessa rappresentano innovazioni molto significative nei relativi campi, in particolare nell'utilizzo di laser ultrabrevi, nello sviluppo di ottica spaziale innovativa ed in diverse applicazioni tecnico-industriali, quali l'analisi di gas e le lavorazioni meccaniche fini. (literal)
Tecniche di indagine
  • L'attività è prevalentemente sperimentale e combina l'impiego delle competenze dei ricercatori con lo sviluppo ed utilizzo di strumentazione avanzata. Spesso il problema oggetto di indagine, posto da un gruppo di ricerca collaborante, richiede lo sviluppo di strumentazione originale che è la specializzazione del gruppo Luxor. Il gruppo analizza la richiesta, concepisce e disegna lo strumento, affida l'esecuzione di parti non disponibili commercialmente ad imprese selezionate, assembla il tutto, lo prova ed infine lo installa presso il partner. Assieme vengono rifinite le specifiche ed eseguiti i tests e successivamente si procede insieme all'esecuzione delle misure. Spesso da nuove misure sorgono nuovi problemi o si aprono nuovi filoni. In campo spaziale lo sviluppo di strumentazione avanzata avviene in strettissimo collegamento con i ricercatori astronomi da un lato che impongono le specifiche e con l'industria aerospaziale dall'altro incaricata dell'esecuzione e dell'integrazione. In alcuni casi, come per la Wide Angle Camera della missione Rosetta, tutta questa attività è stata svolta nel Laboratorio. Lo sviluppo autonomo di nuove tecnologie è alla base delle competenze. (literal)
  • L'attività è prevalentemente sperimentale e combina l'impiego delle competenze dei ricercatori con lo sviluppo ed utilizzo di strumentazione avanzata. Spesso il problema oggetto di indagine, posto da un gruppo di ricerca collaborante, richiede lo sviluppo di strumentazione originale che è la specializzazione LUXOR. Il gruppo analizza la richiesta, concepisce e disegna lo strumento, affida l'esecuzione di parti non disponibili commercialmente ad imprese selezionate, assembla il tutto, lo prova ed infine lo installa presso il partner. Assieme vengono rifinite le specifiche ed eseguiti i tests e successivamente si procede insieme all'esecuzione delle misure. Spesso da nuove misure sorgono nuovi problemi o si aprono nuovi filoni. In campo spaziale lo sviluppo di strumentazione avanzata avviene in strettissimo collegamento con i ricercatori astronomi da un lato che impongono le specifiche e con l'industria aerospaziale dall'altro incaricata dell'esecuzione e dell'integrazione. In alcuni casi, come per la Wide Angle Camera della missione Rosetta, tutta questa attività è stata svolta nel Laboratorio. Lo sviluppo autonomo di nuove tecnologie è alla base delle competenze acquisite. (literal)
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