Egy NASA kutatójának infravörös képe. kattints a kinagyításhoz
Az infravörös detektorok fejlesztése jóvoltából hozzájárult a csillagászathoz. A NASA olcsó alternatívát fejlesztett ki a korábbi infravörös érzékelőkhöz, amelyek sok felhasználást találhatnak itt a Földön. Az érzékelőt Quantum Well Infrared Photodetector (QWIP) tömbnek hívják, és gyorsan észlelheti az erdőtüzek észlelését, a gázszivárgások észlelését és számos más kereskedelmi felhasználást is igénybe vehet.
A NASA vezette csapata által kifejlesztett olcsó detektor most láthatatlan infravörös fényt láthat „szín” vagy hullámhossz tartományban.
A Quantum Well Infrared Photodetector (QWIP) tömbnek nevezett detektor volt a világ legnagyobb (egymillió pixel) infravörös tömbje, amikor a projektet 2003. márciusában bejelentették. Olcsó alternatíva volt a hagyományos infravörös detektor technológiának széles körben. számos tudományos és kereskedelmi alkalmazás. Abban az időben azonban csak az infravörös színek szűk tartományát tudta észlelni, ami megegyezik a hagyományos fényképek fekete-fehérben készítésével. Az új QWIP tömb azonos méretű, de most széles spektrumban érzékeli az infravörös kapcsolatot.
"Az infravörös hullámhossz-tartomány látásának képessége fontos előrelépés, amely jelentősen növeli a QWIP technológia lehetséges felhasználásait" - mondta Dr. Murzy Jhabvala a NASA Goddard űrrepülési központjáról, Greenbelt, Md., A projekt fő kutatója.
Az infravörös fény láthatatlan az emberi szem számára, de bizonyos típusokat hő generál és érzékel. A hagyományos infravörös detektornak számos sejtje van (pixelek), amelyek kölcsönhatásba lépnek egy bejövő infravörös fény részecskével (infravörös fotonnal), és átalakítják azt elektromos árammá, amely mérhető és rögzíthető. Alapvetően hasonlóak az érzékelőkhöz, amelyek digitális fényképezőgépben konvertálják a látható fényt. Minél több pixelt lehet elhelyezni egy adott méretű detektoron, annál nagyobb a felbontás, és a NASA QWIP tömbjei jelentős előrelépést jelentenek a korábbi 300 000 pixeles QWIP tömbökhöz képest, amely korábban a legnagyobb rendelkezésre álló.
A NASA QWIP detektorja egy Gallium Arsenide (GaAs) félvezető chip, amelynek tetején több mint 100 réteg detektor anyag található. Minden réteg rendkívül vékony, 10–700 atom vastagságú, és a rétegeket úgy tervezték, hogy kvantumüregként működjenek.
A kvantum kutak a mikroszkopikus világ bizarr fizikáját, úgynevezett kvantummechanikát alkalmazzák, hogy csapdába helyezzék az elektronokat, az alapvető részecskéket, amelyek elektromos áramot hordoznak, így csak egy adott energiával rendelkező fény képes felszabadítani őket. Ha a megfelelő energiájú fény eléri a tömb egyik kvantumüregét, akkor a felszabadult elektron a tömb felett elrendezett külön chipen keresztül áramlik, amelyet szilikon leolvasásnak hívnak, ahol rögzítik. A számítógép ezeket az információkat használja az infravörös forrás képének létrehozására.
A NASA eredeti QWIP tömbje 8,4 és 9,0 mikrométer közötti hullámhosszon képes infravörös fényt detektálni. Az új verzió 8–12 mikrométer közötti infravörös képességgel rendelkezik. Az előrelépés azért volt lehetséges, mert a kvantum kutak tervezhetők különböző energiaszintű fény detektálására az detektor anyagrétegeinek összetételének és vastagságának változtatásával.
"Ennek a tömbnek a széles választ kell adnia, különösen a távoli infravörös tartományban - 8–12 mikrométer - és elengedhetetlen az infravörös spektroszkópiához" - mondta Jhabvala. A spektroszkópia egy tárgy különböző színű fényerősségének elemzése. Egy egyszerű fényképtől eltérően, amely csak egy tárgy megjelenését mutatja, a spektroszkópiával részletesebb információkat gyűjtünk, például az objektum kémiai összetételét, sebességét és mozgási irányát. A spektroszkópiát bűnügyi nyomozásban használják; Például annak elmondása, hogy a gyanúsított ruháin talált vegyi anyag megfelel-e a bűncselekmény helyén, és hogyan lehet a csillagászok meghatározni, hogy milyen csillagokat készítenek, annak ellenére, hogy nincs lehetőség közvetlenül mintát venni, mivel a csillagok sok milliárd mérföldnyire vannak.
A QWIP tömbökben számos alkalmazás számos. A NASA Goddard-nál ezen alkalmazások egyike a következők: troposzféra és sztratoszféra hőmérsékleteinek tanulmányozása és nyomelemek azonosítása; a lombkorona energiamérlegének mérése; a felhőréteg kibocsátásának, a cseppek / részecskék méretének, összetételének és magasságának mérése; A vulkánkitörésekből származó SO2- és aeroszolkibocsátások; a porrészecskék nyomon követése (például a Szahara-sivatagból); CO2 abszorpció; part menti erózió; óceáni / folyami termikus gradiensek és szennyezés; a talajmegmunkáláshoz és a légköri adatok megszerzéséhez használt rádiómérők és egyéb tudományos berendezések elemzése; földi csillagászat; és hőmérsékleti hangzás.
A lehetséges kereskedelmi alkalmazások meglehetősen változatosak. A QWIP tömbök hasznossága az orvosi műszerekben jól dokumentált (OmniCorder, Inc., N.Y.) és a QWIP technológia egyik legfontosabb vezérlőjévé válhat. Az OmniCorder Technologies sikere 256 x 256 keskeny sávú QWIP tömb felhasználásával a rosszindulatú daganatok felderítésében meglehetősen figyelemre méltó.
A QWIP tömbök további lehetséges kereskedelmi alkalmazásai a következők: erdőtüzek és maradvány meleg foltok helye; a nem kívánt növényzet behatolás helye; a növények egészségének figyelemmel kísérése; az élelmiszer-feldolgozás szennyezettségének, érettségének és romlásának nyomon követése; a távvezeték-transzformátor meghibásodásainak felderítése távoli területeken; az ipari műveletekből származó szennyvíz nyomon követése, például papírgyárak, bányászati helyszínek és erőművek; infravörös mikroszkópia; termálszivárgások széles választékának keresése és a forrásvíz új forrásainak felkutatása.
A QWIP tömbök viszonylag olcsók, mivel szabványos félvezető technológiával gyárthatók, amely a számítógépeken mindenütt használt szilícium chipeket hoz létre. Nagyon nagy méretűek is lehetnek, mivel a GaA-k nagy szilárdságban is termeszthetők, akárcsak a szilícium.
A fejlesztési erőfeszítést a NASA Goddard műszerrendszerek és technológiai központ vezette. A hadseregkutató laboratórium (ARL), Adelphi, Md., Szerepet játszott a QWIP tömb elméletében, megtervezésében és gyártásában. Ezt a munkát a Földtudományi Technológiai Iroda fejlesztette ki és finanszírozta fejlett alkatrész-technológiai fejlesztési projektként.
Eredeti forrás: NASA sajtóközlemény
