HAMAMATSU, Japanio, la 25-an de aŭgusto, 2021 - Hamamatsu Photonics kaj la Nacia Instituto de Altnivela Industria Scienco kaj Teknologio (AIST) en Tokio kunlaboris pri tute-optika, portebla gasa monitora sistemo por antaŭdiri vulkanajn erupciojn kun alta grado de sentemo. Krom provizi stabilan longdaŭran kontroladon de vulkanaj gasoj proksime de vulkanaj krateroj, la portebla analizilo povus ankaŭ esti uzata por detekti venenajn gasojn en kemiaj plantoj kaj kloakoj kaj por atmosferaj mezuroj.

La sistemo enhavas miniaturigitan, ondolong-balaitan kvantuman kaskadan laseron (QCL) evoluigitan de Hamamatsu. Je ĉirkaŭ 1/150-a grandeco de antaŭaj QCL-oj, la lasero estas la plej malgranda monda ond-long-kontrolita QCL. La sistemo de veturado por la sistemo de kontrolo de gaso, disvolvita de AIST, permesos al la eta QCL esti muntita en malpezajn porteblajn analizilojn, kiuj povas esti transportataj ie ajn.
La plej malgranda QCL de la monda ondolongo balaas nur 1/150-an la grandecon de antaŭaj QCL-balaitaj ondolongoj. Ĝentileco de Hamamatsu Photonics KK kaj New Energy and Industrial Technology Development Organisation (NEDO).
Utiligante la ekzistantan mikroelektromekanikan sistemon (MEMS) de Hamamatsu, la programistoj tute restrukturis la difraktan kradon MEMS de QCL, reduktante ĝin al ĉirkaŭ 1/10 de la grandeco de konvenciaj kradoj. La teamo ankaŭ uzis malgrandan magneton aranĝitan por redukti nenecesan spacon, kaj precize kunmetis la aliajn erojn kun precizeco ĝis unuoj de 0,1 μm. La eksteraj dimensioj de la QCL estas 13 × 30 × 13 mm (L × P × H).

Ondolong-balaitaj QCLoj uzas MEMS-difraktan kradon kiu disiĝas, reflektas kaj elsendas mez-infraruĝan lumon dum rapide ŝanĝante la ondolongon. La ond-balaita QCL de Hamamatsu estas agordebla en la ondolonga gamo de 7 ĝis 8 μm. Ĉi tiu teritorio estas absorbita facile de la gasoj SO2 kaj H2S, kiuj estas konsiderataj fruaj antaŭdiroj de ebla vulkana erupcio.

Por atingi agordeblan ondolongon, la esploristoj uzis aparatan projektan teknologion bazitan sur la kvantuma efiko. Por la lumelsenda tavolo de la QCL-elemento, ili uzis kontraŭ-krucan du-supra-ŝtatan dezajnon.

Kiam la ondolonga balaita QCL estas kombinita kun la sistemo de veturado disvolvita de AIST, ĝi povas atingi ondolongan rapidan rapidon, kiu akiras kontinuan mez-transruĝan luman spektron ene de 20 ms. La rapida akiro de la spektro de QCL faciligos analizojn de pasemaj fenomenoj, kiuj rapide ŝanĝiĝas laŭ la tempo. La spektra rezolucio de la QCL estas ĉirkaŭ 15 nm, kaj ĝia maksimuma pinta produktaĵo estas ĉirkaŭ 150 mW.

Nuntempe plej multaj analiziloj uzataj por detekti kaj mezuri vulkanajn gasojn en reala tempo havas elektrokemiajn sensilojn. La elektrodoj en ĉi tiuj sensiloj - kaj la agado de la analizilo - malboniĝas rapide, pro konstanta ekspozicio al venena gaso. Tute optikaj gasaj analiziloj uzas longvivan lumfonton kaj postulas malpli da prizorgado, sed la optika lumfonto povas okupi multan spacon. La grandeco de ĉi tiuj analiziloj malfaciligas ilin instali proksime de vulkanaj krateroj.

La venontgeneracia sistemo de kontrolo de vulkana gaso, ekipita per la eta ondolonga balaita QCL, provizos al vulkanologoj tute optikan, kompaktan, porteblan unuon, kiu havas altan sentemon kaj facilan prizorgadon. La esploristoj ĉe Hamamatsu kaj iliaj kolegoj ĉe AIST kaj la Nova Energio kaj Industria Teknologia Disvolva Organizo (NEDO), kiuj subtenis la projekton, daŭre esploros manierojn pliigi la sentemon de la analizilo kaj redukti bontenadon.

La teamo planas plurpunktajn observaĵojn por testi kaj pruvi la porteblan analizilon. Produktoj, kiuj uzas la ondolongan balaitan QCL kaj kondukas cirkvitojn kune kun Hamamatsu-fotodetektiloj, estas planitaj por esti eldonitaj en 2022.