HAMAMATSU, Japan, Awst 25, 2021 - Cydweithiodd Hamamatsu Photonics a'r Sefydliad Cenedlaethol Gwyddoniaeth a Thechnoleg Ddiwydiannol Uwch (AIST) yn Tokyo ar system monitro nwy cludadwy holl-optegol ar gyfer darogan ffrwydradau folcanig â lefel uchel o sensitifrwydd. Yn ogystal â darparu monitro sefydlog, hirdymor o nwyon folcanig ger craterau folcanig, gellid defnyddio'r dadansoddwr cludadwy hefyd i ganfod gollyngiadau nwy gwenwynig mewn planhigion a charthffosydd cemegol ac ar gyfer mesuriadau atmosfferig.

Mae'r system yn cynnwys laser rhaeadru cwantwm (QCL) wedi'i ysgubo â thonfedd wedi'i ddatblygu gan Hamamatsu. Ar oddeutu 1 / 150fed maint QCLs blaenorol, y laser yw QCL ysgubol tonfedd leiaf y byd. Bydd y system yrru ar gyfer y system monitro nwy, a ddatblygwyd gan AIST, yn caniatáu i'r QCL bach gael ei osod mewn dadansoddwyr ysgafn, cludadwy y gellir eu cario yn unrhyw le.
Dim ond 1 / 150fed maint QCLs ysgubol tonfedd flaenorol yw QCL ysgubol tonfedd leiaf y byd. Trwy garedigrwydd Hamamatsu Photonics KK a'r Sefydliad Datblygu Ynni a Thechnoleg Ddiwydiannol Newydd (NEDO).
Gan ddefnyddio technoleg system microelectromecanyddol (MEMS) bresennol Hamamatsu, ailgynlluniodd y datblygwyr gratiad diffreithiant MEMS y QCL, gan ei leihau i oddeutu 1 / 10fed maint y rhwyllau confensiynol. Cyflogodd y tîm fagnet bach hefyd a drefnwyd i leihau gofod diangen, a chydosod y cydrannau eraill yn union gyda chywirdeb i lawr i unedau o 0.1 μm. Dimensiynau allanol y QCL yw 13 × 30 × 13 mm (W × D × H).

Mae QCLs a ysgubir gan donfedd yn defnyddio grat diffreithiant MEMS sy'n gwasgaru, adlewyrchu, ac allyrru golau canol-is-goch wrth symud y donfedd yn gyflym. Mae QCL wedi'i ysgubo gan don Hamamatsu yn tunadwy yn yr ystod tonfedd o 7 i 8 μm. Mae'r amrediad hwn yn cael ei amsugno'n hawdd gan y nwyon SO2 a H2S yr ystyrir eu bod yn rhagfynegyddion cynnar ffrwydrad folcanig posibl.

Er mwyn cyflawni tonfedd tunadwy, defnyddiodd yr ymchwilwyr dechnoleg dylunio dyfeisiau sy'n seiliedig ar yr effaith cwantwm. Ar gyfer haen sy'n allyrru golau yr elfen QCL, fe wnaethant ddefnyddio dyluniad gwrth-groes-wladwriaeth ddeuol uchaf.

Pan gyfunir y QCL wedi'i ysgubo â thonfedd â'r system yrru a ddatblygwyd gan AIST, gall gyflawni cyflymder ysgubo tonfedd sy'n caffael sbectrwm golau canol-is-goch parhaus o fewn 20 ms. Bydd caffaeliad cyflym y sbectrwm QCL yn hwyluso dadansoddiadau o ffenomenau dros dro sy'n newid yn gyflym dros amser. Mae cydraniad sbectrol y QCL tua 15 nm, ac mae ei allbwn brig uchaf oddeutu 150 mW.

Ar hyn o bryd, mae gan y mwyafrif o ddadansoddwyr a ddefnyddir i ganfod a mesur nwyon folcanig mewn amser real synwyryddion electrocemegol. Mae'r electrodau yn y synwyryddion hyn - a pherfformiad y dadansoddwr - yn dirywio'n gyflym, oherwydd amlygiad cyson i nwy gwenwynig. Mae dadansoddwyr nwy all-optegol yn defnyddio ffynhonnell golau oes hir ac mae angen llai o waith cynnal a chadw arnynt, ond gall y ffynhonnell golau optegol gymryd llawer o le. Mae maint y dadansoddwyr hyn yn eu gwneud yn anodd eu gosod ger craterau folcanig.

Bydd system monitro nwy folcanig y genhedlaeth nesaf, sydd â'r QCL ysgubol tonfedd fach, yn darparu uned gludadwy holl-optegol, gryno, gludadwy sydd â sensitifrwydd uchel a chynnal a chadw hawdd. Bydd yr ymchwilwyr yn Hamamatsu a'u cydweithwyr yn AIST a'r Sefydliad Datblygu Ynni a Thechnoleg Ddiwydiannol Newydd (NEDO), a gefnogodd y prosiect, yn parhau i ymchwilio i ffyrdd o gynyddu sensitifrwydd y dadansoddwr a lleihau cynhaliaeth.

Mae'r tîm yn cynllunio arsylwadau aml-bwynt i brofi a dangos y dadansoddwr cludadwy. Mae cynhyrchion sy'n defnyddio'r QCL ysgubol tonfedd ac yn gyrru cylchedau ynghyd â ffotodetectorau Hamamatsu wedi'u cynllunio i'w rhyddhau yn 2022.