Ewch i’r prif gynnwys
Yr Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth

Masnachu ein technoleg Terahertz: o seryddiaeth i'r farchnad ryngwladol

Mae technolegau a ddatblygwyd gan ymchwilwyr yn ein Grŵp Offeryniaeth Seryddiaeth wedi cael eu haddasu a’u masnacheiddio gan bartneriaid diwydiannol i gynyddu gwerthiannau a refeniw byd-eang yn sylweddol ac i gael cyllid o’r sector preifat a chyhoeddus.

Datblygodd ein hymchwil mewn offeryniaeth seryddol THz gyfres o dechnolegau cydgysylltiedig gan gynnwys systemau canfod sensitif, oeryddion sy'n mynd yn is na kelvin, a chydrannau optegol unigryw. Mae'r technolegau hyn wedi cael eu haddasu a'u masnacheiddio drwy dri sefydliad partner, gyda chymwysiadau mewn gwaith nodweddu deunyddiau lled-ddargludyddion, diagnosteg plasma ymasiad, sbectrosgopeg cyseiniant sbin electronau, a delweddu diogelwch. O ganlyniad i'r ymchwil galluogwyd dros £7m mewn gwerthiannau byd-eang ar gyfer cwmni deillio QMCI Ltd, dyblwyd y refeniw i £500,000 y flwyddyn i Chase Cryogenics Ltd, a lansiodd Sequestim Ltd, cwmni newydd sy’n cyflogi tri aelod o staff ac sydd wedi llwyddo i gael dros £1.1m o gyllid o'r sector preifat a'r sector cyhoeddus.

Ein gwaith ymchwil

Mae'r Grŵp Offeryniaeth Seryddiaeth, grŵp ymchwil yn yr Ysgol Ffiseg a Seryddiaeth, yn arweinydd byd cydnabyddedig ym maes dylunio, gweithgynhyrchu ac integreiddio technoleg THz (a elwir hefyd yn dechnoleg isgoch pell/is-filimetr) ar gyfer offeryniaeth seryddiaeth. Mae ein hymchwil wedi bod yn allweddol i gyfranogiad y DU ym mron i bob telesgop THz ledled y byd, ac wedi’i chefnogi drwy grantiau ymchwil a datblygu PPARC, STFC, Asiantaeth Ofod y DU, Asiantaeth Ofod Ewrop a’r Undeb Ewropeaidd, gwerth cyfanswm o dros £31m ers 2001. Mae'r grŵp yn archwilio parth sbectrol THz, sy'n cynnwys arwyddiant y ffurfiant sêr, ffurfiant ac esblygiad galaethau, a'r ymbelydredd Cefndir Microdonnau Cosmig a ddefnyddir i archwilio'r Glec Fawr.

Mae'r angen am offer THz sy'n fwyfwy sensitif wedi ysgogi ein gwaith i ddatblygu technolegau sylfaenol hanfodol, megis hidlyddion a lled-opteg, synwyryddion, a cryogeneg, sydd wedyn yn cael eu defnyddio mewn cymwysiadau masnachol. Ers 2001, mae ein hymchwilwyr wedi bod mewn rolau arwain mewn llawer o fentrau cydweithredol rhyngwladol blaenllaw mewn cysylltiad ag offerynnau seryddol, gan gynnwys yr Offeryn Amledd Uchel ar loeren Planck CMB, offeryn SPIRE ar Arsyllfa Ofod Herschel, y prosiect balŵn BLAST a arweinir gan NASA.

Roedd y prosiectau hyn yn gofyn am synwyryddion hynod sensitif yn gweithredu ar dymheredd isel iawn, hidlyddion arbenigol ac opteg i ddewis bandiau arsylwi a rhwystro ymbelydredd a gwres diangen, dyluniadau optegol colled isel arloesol, a systemau cryogenig newydd i oeri'r synwyryddion a gostwng y cefndir ffoton. Roedd gwaith arloesol allweddol o’n hymchwil yn cynnwys:

1. Hidlyddion a chydrannau lled-optegol

Mae gan y Grŵp Offeryniaeth Seryddiaeth alluoedd unigryw mewn dyfeisiau lled-optegol a meta-ddeunyddiau a dyma'r unig ddarparwr byd-eang o lawer o gydrannau a deunyddiau optegol arloesol sy'n hanfodol i ganfod a delweddu THz yn llwyddiannus. Mae’r rhain yn cynnwys hidlyddion sy’n diffinio bandiau ac yn rheoli’n thermol, lensys fflat meta-ddeunydd newydd, deuliwedd, trosiaduron polareiddio, a dyfeisiau eraill mwy arbenigol, pwrpasol.

2. Synwyryddion hynod sensitif

Rydym wedi dylunio, adeiladu a phrofi systemau canfod bolometrig ar gyfer llawer o offerynnau seryddol, yn ogystal ag ar gyfer partneriaid masnachol. Un o'r prif weithgareddau oedd dylunio, adeiladu a phrofi'r uned plân ffocal ar gyfer offeryn lloeren Planck-HFI.

3. Oeri parhaus heb gryogen

Mae'r Grŵp Offeryniaeth a Seryddiaeth wedi gweithio ers blynyddoedd lawer gyda phartner masnachol Chase Instruments Ltd. ar ddyluniad ac esblygiad systemau oeri sy'n mynd yn is na kelvin ac mae gan eu Cyfarwyddwr Technegol, Dr Simon Chase, rôl ymchwilydd gwadd yn yr Ysgol. Arweiniodd y fenter gydweithredol hon yn ddiweddar at arddangos oeri parhaus gwirioneddol i 0.3 K mewn system oeri heb gryogen am y tro cyntaf. Mae hwn bellach yn cael ei gynnig fel cynnyrch masnachol ac mae hefyd wedi’i ymgorffori yn offeryn MUSCAT, sy'n gam arloesol a allai arwain at gymwysiadau seryddiaeth eraill yn y dyfodol.

Ein heffaith

Cafodd y technolegau a’r technegau a ddatblygwyd gan ein hymchwilwyr yn unig eu defnyddio gan dri phartner masnachol, QMC Instruments Ltd (QMCI), Chase Cryogenics Ltd a Sequestim Ltd.

QMC Instruments Ltd

Mae ein technolegau ar gael i’r farchnad fyd-eang yn bennaf drwy gwmni deillio o Brifysgol Caerdydd, QMCI, sy’n arweinydd marchnad sefydledig mewn sawl agwedd ar offeryniaeth THz, gan gynnig systemau wedi’u teilwra ar gyfer cymwysiadau mewn seryddiaeth, diagnosteg ymasiad plasma poeth, a sbectrosgopeg cyseiniant sbin electronau. Mae cydweithrediad agos QMCI â'r grŵp ymchwil yn sicrhau bod technoleg yn cael ei mabwysiadu'n gyflym ac yn briodol ar gyfer defnyddwyr masnachol, sifil a'r llywodraeth.

Mae QMCI wedi gwerthu, ers 2014, mwy na 40 o systemau di-gryogen sy’n dibynnu ar y hidlydd rhwyll metel a’r dechnoleg canfod a ddatblygwyd gan y Grŵp Offeryniaeth a Seryddiaeth, gwerth tua £75,000 yr un. Mae'r systemau canfod a thechnoleg darllen cysylltiedig yn arbennig o werthfawr yng ngwledydd yr ail a'r trydydd byd lle nad yw cryogenau hylifol ar gael yn hawdd.

Cafodd cenhedlaeth newydd o systemau aráe synhwyro eu datblygu gan y Grŵp a'u cyflwyno i’r farchnad fasnachol gan QMCI yn 2012. Mae'r araeau sŵn isel iawn hyn yn lleihau costau drwy ddileu'r angen am systemau heliwm-3 drytach. Mae'r systemau soffistigedig hyn yn gwerthu am brisiau rhwng £100,000-£250,000.

Ers 2014 rydym wedi cydweithio'n agos ar lwyddiant dros £7 miliwn, yn cynnwys mwy na 160 o gwmnïau gwerthu unigol gyda lefel mewn mwy na 30 o wledydd gan gynnwys Ewrop, yr Unol Daleithiau, a' r Dwyrain Pell. Mae’r busnes cyfan yn cyfathrebu’n uniongyrchol ar gyfer y ddyfais hidlo a ddefnyddir yn unigryw a ddyfeisiwyd, ac a ysgrifennodd y Grŵp Offeryniaeth a Seryddiaeth.
QMCI

Chase Cryogenics Ltd

Defnyddiodd Chase Cryogenics Ltd ymchwil Grŵp Offeryniaeth a Seryddiaeth Caerdydd i gynhyrchu'r oergell heliwm-3 gweithrediad parhaus gyntaf sydd ar gael yn fasnachol. Mae'r ddyfais hon yn caniatáu gweithrediad parhaus ar dymheredd o tua 300 mK. Yn flaenorol, dim ond am gyfnodau o hyd at ~48 awr yr oedd yn bosibl cynnal y tymheredd ar y lefel hon cyn bod rhaid “ailgylchu” system, sy'n golygu toriad o sawl awr cyn y gellir cyrraedd y tymheredd gweithredu gofynnol eto, a'r angen am arbenigwyr technegol i'w gweithredu. Mae'r system hon bellach yn gynnyrch sydd ar gael yn fasnachol ac mae trosiant y cwmni wedi dyblu dros y pum mlynedd diwethaf i fwy na £500,000 y flwyddyn.

Sequestim Ltd

Cafodd Sequestim Ltd, cwmni deillio newydd a ddatblygwyd o ganlyniad i’n hymchwil, ei lansio’n ffurfiol yn 2019. Mae'r cwmni'n masnacheiddio camerâu newydd ar gyfer sganio pobl a cherbydau â thechnoleg cyfradd fideo tonfedd milimetr, gyda sensitifrwydd a chydraniad digynsail. Mae'r sensitifrwydd hwn wedi'i alluogi gan y cyfuniad unigryw o hidlyddion, synwyryddion, cryogeneg ac opteg a ddatblygwyd yng Nghaerdydd. Mae gan Sequestim drwydded unigryw 25 mlynedd i ddatblygu a manteisio ar y dechnoleg ar gyfer cymwysiadau mewn delweddu diogelwch THz. Ar hyn o bryd mae'n cyflogi tri aelod o staff amser llawn ac mae wedi datblygu ei gamera gan ddefnyddio tri chyfnod o gyllid Llywodraeth y DU gwerth cyfanswm o dros £1.1m. Mae'r system gamera wedi cael ei harddangos i ystod eang o randdeiliaid gan gynnwys Delta Airlines, International Airlines Group, Amazon, Maes Awyr Rhyngwladol Dubai a nifer o gynghorwyr technegol i lywodraethau rhyngwladol. Mae'r system o ddiddordeb arbennig oherwydd ei gallu i sganio pobl heb dynnu dillad allanol, gan leihau'r amser ciwio yn sylweddol. Yn ddiweddar, mae Sequestim wedi cael buddsoddiad gan grŵp buddsoddi preifat.

Cyhoeddiadau

Ade, P. A. R., et al., Planck 2013 results IX: HFI spectral response, Astronomy & Astrophysics, 571, A9, 2014. http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201321531

Griffin, M. J., et al., The Herschel-SPIRE instrument and its in-flight performance, Astronomy & Astrophysics, 518, L3, 2010. https://doi.org/10.1051/0004-6361/201014519

Pascale, E., et al., The Balloon-borne Large Aperture Submillimeter Telescope:BLAST, Astrophysical Journal, 681, 400, 2008. https://doi.org/10.1086/588541

Ade, P. A. R., and Tucker, C. E., A Review of Metal Mesh Filters, Proc. SPIE. 6275, 2006. https://doi.org/10.1117/12.673162

Doyle, S., et al., Lumped element kinetic inductance detectors, Journal of Low Temperature Physics,151, 530, 2008. https://doi.org/10.1007/s10909-007-9685-2

Klemencic, G., et al., A continuous dry 300 mK cooler for THz sensing applications, Review of Scientific Instruments, 87, 045107, 2016. https://doi.org/10.1063/1.4945691