হামামাতসু, জাপান, আগস্ট ২৫, ২০২১-টোকিওতে হামামাতসু ফোটোনিক্স এবং ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ অ্যাডভান্সড ইন্ডাস্ট্রিয়াল সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজি (এআইএসটি) উচ্চমাত্রার সংবেদনশীলতার সাথে আগ্নেয়গিরির অগ্ন্যুৎপাতের পূর্বাভাসের জন্য একটি সর্ব-অপটিক্যাল, পোর্টেবল গ্যাস পর্যবেক্ষণ ব্যবস্থায় সহযোগিতা করেছে। আগ্নেয়গিরির কাছাকাছি আগ্নেয়গিরির স্থিতিশীল, দীর্ঘমেয়াদী পর্যবেক্ষণ প্রদানের পাশাপাশি, পোর্টেবল বিশ্লেষক রাসায়নিক উদ্ভিদ এবং নর্দমায় এবং বায়ুমণ্ডলীয় পরিমাপের জন্য বিষাক্ত গ্যাস ফুটো সনাক্ত করতেও ব্যবহার করা যেতে পারে।

এই সিস্টেমে একটি ক্ষুদ্রাকৃতির, তরঙ্গদৈর্ঘ্য-প্রবাহিত কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজার (কিউসিএল) রয়েছে যা হামামাতসু দ্বারা বিকশিত। পূর্ববর্তী কিউসিএলের আকারের প্রায় ১/৫০ তম স্থানে, লেজার হল পৃথিবীর ক্ষুদ্রতম তরঙ্গদৈর্ঘ্য-প্রবাহিত কিউসিএল। AIST দ্বারা বিকশিত গ্যাস মনিটরিং সিস্টেমের ড্রাইভ সিস্টেম, ক্ষুদ্র QCL কে হালকা ওজনের, পোর্টেবল বিশ্লেষকদের মধ্যে বসানোর অনুমতি দেবে যা যেকোনো জায়গায় বহন করা যাবে।
পৃথিবীর ক্ষুদ্রতম তরঙ্গদৈর্ঘ্য-প্রবাহিত কিউসিএল আগের তরঙ্গদৈর্ঘ্য-প্রবাহিত কিউসিএলগুলির আকারের মাত্র ১/৫০ তম। সৌজন্যে হামামাটু ফোটনিক্স কে কে এবং নিউ এনার্জি অ্যান্ড ইন্ডাস্ট্রিয়াল টেকনোলজি ডেভেলপমেন্ট অর্গানাইজেশন (নেডো)।
হামামাতসুর বিদ্যমান মাইক্রোইলেক্ট্রোমেকানিক্যাল সিস্টেম (এমইএমএস) প্রযুক্তিকে কাজে লাগিয়ে, ডেভেলপাররা কিউসিএলের এমইএমএস ডিফ্রাকশন গ্রেটিংকে পুরোপুরি নতুন করে ডিজাইন করে, যা প্রচলিত গ্র্যাটিংয়ের আকারের প্রায় 1/10 ভাগে কমিয়ে আনে। দলটি একটি ছোট চুম্বককেও কাজে লাগিয়েছিল যা অপ্রয়োজনীয় স্থান কমাতে সাজানো হয়েছিল এবং সঠিকভাবে অন্যান্য উপাদানগুলিকে একত্রিত করে নিখুঁতভাবে 0.1 μm ইউনিট পর্যন্ত। QCL এর বাহ্যিক মাত্রা 13 × 30 × 13 মিমি (W × D × H)।

তরঙ্গদৈর্ঘ্য-প্রবাহিত QCLs একটি MEMS ডিফ্রাকশন গ্রেটিং ব্যবহার করে যা তরঙ্গদৈর্ঘ্য দ্রুত পরিবর্তনের সময় মধ্য-ইনফ্রারেড আলো ছড়িয়ে, প্রতিফলিত এবং নির্গত করে। হামামাতসুর তরঙ্গ-প্রবাহিত কিউসিএল 7 থেকে 8 μm এর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসরে সুরযোগ্য। এই পরিসীমাটি SO2 এবং H2S গ্যাস দ্বারা সহজেই শোষিত হয় যা একটি সম্ভাব্য আগ্নেয়গিরির অগ্ন্যুত্পাতের পূর্বাভাস হিসাবে বিবেচিত হয়।

একটি টিউনেবল তরঙ্গদৈর্ঘ্য অর্জনের জন্য, গবেষকরা একটি ডিভাইস ডিজাইন প্রযুক্তি ব্যবহার করেছেন যা কোয়ান্টাম প্রভাবের উপর ভিত্তি করে। কিউসিএল এলিমেন্টের লাইট-ইমিটিং লেয়ারের জন্য, তারা একটি এন্টি-ক্রসড ডুয়াল-আপার-স্টেট ডিজাইন ব্যবহার করেছে।

যখন তরঙ্গদৈর্ঘ্য-প্রবাহিত কিউসিএল এআইএসটি দ্বারা বিকাশিত ড্রাইভ সিস্টেমের সাথে মিলিত হয়, তখন এটি একটি তরঙ্গদৈর্ঘ্য সুইপিং গতি অর্জন করতে পারে যা 20 এমএসের মধ্যে একটি অবিচ্ছিন্ন মধ্য-ইনফ্রারেড আলো বর্ণালী অর্জন করে। কিউসিএলের বর্ণালীর উচ্চ গতির অধিগ্রহণ সময়ের সাথে দ্রুত পরিবর্তিত ক্ষণস্থায়ী ঘটনার বিশ্লেষণকে সহজতর করবে। কিউসিএলের বর্ণালী রেজোলিউশন প্রায় 15 এনএম এবং এর সর্বোচ্চ শিখর আউটপুট প্রায় 150 মেগাওয়াট।

বর্তমানে, বেশিরভাগ বিশ্লেষক রিয়েল টাইমে আগ্নেয়গিরি গ্যাস সনাক্ত এবং পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয় ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সেন্সর। এই সেন্সরের ইলেক্ট্রোড - এবং বিশ্লেষকের কর্মক্ষমতা - বিষাক্ত গ্যাসের ক্রমাগত সংস্পর্শের কারণে দ্রুত অবনতি হয়। অল-অপটিক্যাল গ্যাস বিশ্লেষকরা দীর্ঘজীবী আলোর উৎস ব্যবহার করে এবং কম রক্ষণাবেক্ষণ প্রয়োজন, কিন্তু অপটিক্যাল আলোর উৎস অনেক জায়গা নিতে পারে। এই বিশ্লেষকদের আকার তাদের আগ্নেয়গিরির কাছাকাছি স্থাপন করা কঠিন করে তোলে।

পরবর্তী প্রজন্মের আগ্নেয়গিরির গ্যাস পর্যবেক্ষণ ব্যবস্থা, ক্ষুদ্র তরঙ্গদৈর্ঘ্য-প্রবাহিত কিউসিএল দ্বারা সজ্জিত, আগ্নেয়গিরিবিদদের একটি সমস্ত-অপটিক্যাল, কমপ্যাক্ট, পোর্টেবল ইউনিট সরবরাহ করবে যার উচ্চ সংবেদনশীলতা এবং সহজ রক্ষণাবেক্ষণ রয়েছে। হামাস্তু -এর গবেষকরা এবং এআইএসটি -তে তাদের সহকর্মী এবং প্রকল্পটিকে সমর্থনকারী নিউ এনার্জি অ্যান্ড ইন্ডাস্ট্রিয়াল টেকনোলজি ডেভেলপমেন্ট অর্গানাইজেশন (নেডো) বিশ্লেষকের সংবেদনশীলতা বাড়ানোর এবং রক্ষণাবেক্ষণ কমানোর উপায় অনুসন্ধান করতে থাকবে।

পোর্টেবল বিশ্লেষককে পরীক্ষা এবং প্রদর্শন করার জন্য দলটি মাল্টিপয়েন্ট পর্যবেক্ষণের পরিকল্পনা করছে। যে পণ্যগুলি তরঙ্গদৈর্ঘ্য-প্রবাহিত কিউসিএল এবং ড্রাইভ সার্কিট ব্যবহার করে হামামাতসু ফটোডেটেক্টরগুলির সাথে 2022 সালে প্রকাশের পরিকল্পনা করা হয়েছে।