HAMAMATSU, Japan, 25 Augustus 2021-Hamamatsu Photonics en die National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) in Tokio werk saam aan 'n volledig optiese, draagbare gasmoniteringstelsel vir die voorspelling van vulkaniese uitbarstings met 'n hoë mate van sensitiwiteit. Behalwe dat dit stabiele, langtermynmonitering van vulkaniese gasse naby vulkaniese kraters bied, kan die draagbare ontleder ook gebruik word om giftige gaslekkasies in chemiese aanlegte en riole en vir atmosferiese metings op te spoor.

Die stelsel bevat 'n geminiaturiseerde, golflengte-gevee kwantumkaskadelaser (QCL) wat deur Hamamatsu ontwikkel is. Op ongeveer 1/150ste grootte van vorige QCL's, is die laser die kleinste QCL van die golflengte ter wêreld. Met die dryfstelsel vir die gasmoniteringstelsel, wat deur AIST ontwikkel is, kan die klein QCL in ligte, draagbare analiseerders gemonteer word wat oral vervoer kan word.
Die wêreld se kleinste golflengte-gevee QCL is slegs 1/150ste groter as die vorige golflengte-gevee QCL's. Met vergunning van Hamamatsu Photonics KK en New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).
Deur gebruik te maak van Hamamatsu se bestaande tegnologie vir mikro -elektromeganiese stelsel (MEMS), het die ontwikkelaars die QCL se MEMS -diffraksierooster heeltemal herontwerp en dit tot ongeveer 1/10 van die grootte van konvensionele roosters verminder. Die span het ook 'n klein magneet gebruik om onnodige ruimte te verminder en die ander komponente presies saamgestel tot eenhede van 0,1 μm. Die eksterne afmetings van die QCL is 13 × 30 × 13 mm (B × D × H).

Golflengte-geswelde QCL's gebruik 'n MEMS-diffraksierooster wat mid-infrarooi lig versprei, weerkaats en uitstraal terwyl die golflengte vinnig verskuif. Hamamatsu se golwe-geswelde QCL is afstembaar in die golflengtebereik van 7 tot 8 μm. Hierdie reeks word maklik geabsorbeer deur die SO2- en H2S -gasse wat as vroeë voorspellers van 'n moontlike vulkaniese uitbarsting beskou word.

Om 'n afstembare golflengte te bereik, het die navorsers 'n apparaatontwerptegnologie gebruik wat gebaseer is op die kwantum -effek. Vir die liguitstralende laag van die QCL-element het hulle 'n anti-gekruiste dubbel-boonste toestand ontwerp gebruik.

As die golflengte-geswelde QCL gekombineer word met die dryfstelsel wat deur AIST ontwikkel is, kan dit 'n golflengte-spoed bereik wat binne 20 ms 'n deurlopende mid-infrarooi ligspektrum verkry. Die QCL se hoëspoedverwerwing van die spektrum vergemaklik ontledings van verbygaande verskynsels wat mettertyd vinnig verander. Die spektrale resolusie van die QCL is ongeveer 15 nm, en die maksimum piekuitset is ongeveer 150 mW.

Tans het die meeste ontleders wat vulkaniese gasse in reële tyd opspoor en meet, elektrochemiese sensors. Die elektrodes in hierdie sensors - en die prestasie van die ontleder - verswak vinnig as gevolg van konstante blootstelling aan giftige gas. Alle-optiese gasontleders gebruik 'n lang lewensduur ligbron en verg minder onderhoud, maar die optiese ligbron kan baie ruimte in beslag neem. Die grootte van hierdie analiseerders maak dit moeilik om naby vulkaniese kraters te installeer.

Die volgende generasie vulkaniese gasmoniteringstelsel, toegerus met die klein golflengte-geswelde QCL, bied vulkanoloë 'n volledig optiese, kompakte, draagbare eenheid met 'n hoë sensitiwiteit en maklike onderhoud. Die navorsers van Hamamatsu en hul kollegas by AIST en die New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), wat die projek ondersteun het, sal voortgaan om maniere te ondersoek om die sensitiwiteit van die ontleder te verhoog en die onderhoud te verminder.

Die span beplan meerpuntwaarnemings om die draagbare ontleder te toets en te demonstreer. Produkte wat die golflengte-geswelde QCL gebruik en stroombane saam met Hamamatsu-fotodetektore gebruik, word beplan om in 2022 vrygestel te word.