HAMAMATSU, Японія, 25 жніўня 2021 г.-Hamamatsu Photonics і Нацыянальны інстытут перадавых прамысловых навук і тэхналогій (AIST) у Токіа супрацоўнічалі ў стварэнні цалкам аптычнай, партатыўнай сістэмы маніторынгу газу для прагназавання вывяржэнняў вулканаў з высокай ступенню адчувальнасці. У дадатак да забеспячэння стабільнага, доўгатэрміновага маніторынгу вулканічных газаў каля вулканічных кратэраў, партатыўны аналізатар можна таксама выкарыстоўваць для выяўлення ўцечак таксічнага газу на хімічных прадпрыемствах і каналізацыі, а таксама для вымярэнняў атмасферы.

Сістэма змяшчае мініяцюрны квантава-каскадны лазер (QCL) з разгорнутай даўжынёй хвалі, распрацаваны кампаніяй Hamamatsu. Прыкладна 1/150-га памеру папярэдніх QCL, лазер-гэта найменшы ў свеце QCL з хваляй. Сістэма прывадаў для сістэмы маніторынгу газу, распрацаваная AIST, дазволіць маленечкую QCL ўсталяваць у палегчаныя партатыўныя аналізатары, якія можна насіць з сабой куды заўгодна.
Самы маленькі ў свеце QCL, пракачаны па даўжыні хвалі, складае ўсяго 1/150-ы памер папярэдніх QCL з даўжынёй хвалі. Прадастаўлена кампаніяй Hamamatsu Photonics KK і Арганізацыяй па развіцці новай энергетыкі і прамысловых тэхналогій (NEDO).
Выкарыстоўваючы тэхналогію існуючай мікраэлектромеханічнай сістэмы (MEMS) Hamamatsu, распрацоўшчыкі цалкам перапрацавалі дыфракцыйную рашотку QEML MEMS, скараціўшы яе прыкладна да 1/10 памеру звычайных рашотак. Каманда таксама выкарыстала невялікі магніт, прызначаны для скарачэння непатрэбнага месца, і дакладна сабрала астатнія кампаненты з дакладнасцю да адзінак 0,1 мкм. Знешнія памеры QCL - 13 × 30 × 13 мм (Ш × Г × В).

QCL з размахам даўжыні хвалі выкарыстоўваюць дыфракцыйную рашотку MEMS, якая рассейвае, адлюстроўвае і выпраменьвае сярэдне-інфрачырвонае святло, адначасова хутка змяняючы даўжыню хвалі. Хвалісты QCL Хамамацу наладжваецца ў дыяпазоне даўжынь хваль ад 7 да 8 мкм. Гэты дыяпазон лёгка паглынаецца газамі SO2 і H2S, якія лічацца раннімі прадказальнікамі магчымага вывяржэння вулкана.

Для дасягнення наладжвальнай даўжыні хвалі даследчыкі выкарыстоўвалі тэхналогію праектавання прылад, заснаваную на квантавым эфекце. Для светоизлучающего пласта элемента QCL яны выкарыстоўвалі канструкцыю з перакрыжаваным двайным верхнім станам.

Калі QCL па даўжыні хвалі спалучаецца з сістэмай прывада, распрацаванай AIST, яна можа дасягнуць хуткасці разгорткі па даўжыні хвалі, якая набывае бесперапынны спектр сярэдняга інфрачырвонага святла на працягу 20 мс. Высакахуткасны набор спектру QCL палегчыць аналіз пераходных з'яў, якія хутка змяняюцца з цягам часу. Спектральнае дазвол QCL складае каля 15 нм, а яго максімальная пікавая магутнасць складае прыкладна 150 мВт.

У цяперашні час большасць аналізатараў, якія выкарыстоўваюцца для выяўлення і вымярэння вулканічных газаў у рэжыме рэальнага часу, маюць электрахімічныя датчыкі. Электроды ў гэтых датчыках - і праца аналізатара - хутка пагаршаюцца з -за пастаяннага ўздзеяння таксічнага газу. Аптычныя газааналізатары выкарыстоўваюць крыніцу святла з доўгім тэрмінам службы і патрабуюць меншага абслугоўвання, але аптычная крыніца святла можа займаць шмат месца. Памер гэтых аналізатараў абцяжарвае іх устаноўку каля вулканічных кратэраў.

Сістэма маніторынгу вулканічнага газу наступнага пакалення, абсталяваная маленечкай QCL, якая пераносіць даўжыню хвалі, забяспечыць вулканолагаў аптычным, кампактным, партатыўным блокам, які валодае высокай адчувальнасцю і простым абслугоўваннем. Даследчыкі з Хамамацу і іх калегі з AIST і Арганізацыі па развіцці новых энергетычных і прамысловых тэхналогій (NEDO), якія падтрымалі праект, працягнуць даследаванне шляхоў павышэння адчувальнасці аналізатара і скарачэння абслугоўвання.

Каманда плануе шматкропкавыя назіранні, каб праверыць і прадэманстраваць партатыўны аналізатар. Плануецца, што ў 2022 годзе будзе выпушчаны прадукт, які выкарыстоўвае QCL з прывадам па даўжыні хвалі і схемы прывада разам з фотапрыёмнікамі Hamamatsu.