Le QCL à balayage de longueur d'onde le plus petit au monde garantit la portabilité de l'analyseur de gaz tout optique

HAMAMATSU, Japon, 25 août 2021 — Hamamatsu Photonics et l'Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST) à Tokyo ont collaboré sur un système de surveillance des gaz portable et entièrement optique pour prédire les éruptions volcaniques avec un degré élevé de sensibilité. En plus de fournir une surveillance stable et à long terme des gaz volcaniques à proximité des cratères volcaniques, l'analyseur portable pourrait également être utilisé pour détecter les fuites de gaz toxiques dans les usines chimiques et les égouts et pour les mesures atmosphériques.

Le système contient un laser miniaturisé à cascade quantique à balayage de longueur d'onde (QCL) développé par Hamamatsu. À environ 1/150e de la taille des QCL précédents, le laser est le QCL à balayage de longueur d'onde le plus petit au monde. Le système d'entraînement du système de surveillance des gaz, développé par AIST, permettra au minuscule QCL d'être monté dans des analyseurs légers et portables qui peuvent être transportés n'importe où.
Le plus petit QCL balayé en longueur d'onde au monde n'est que 1/150e de la taille des précédents QCL balayés en longueur d'onde. Avec l'aimable autorisation de Hamamatsu Photonics KK et de la New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).
En tirant parti de la technologie existante du système microélectromécanique (MEMS) de Hamamatsu, les développeurs ont complètement repensé le réseau de diffraction MEMS du QCL, le réduisant à environ 1/10e de la taille des réseaux conventionnels. L'équipe a également utilisé un petit aimant conçu pour réduire l'espace inutile et a assemblé avec précision les autres composants avec une précision allant jusqu'à 0,1 m. Les dimensions extérieures du QCL sont de 13 × 30 × 13 mm (L × P × H).

Les QCL balayés par la longueur d'onde utilisent un réseau de diffraction MEMS qui disperse, réfléchit et émet de la lumière infrarouge moyen tout en décalant rapidement la longueur d'onde. Le QCL à balayage d'ondes de Hamamatsu est accordable dans la gamme de longueurs d'onde de 7 à 8 m. Cette plage est facilement absorbée par les gaz SO2 et H2S qui sont considérés comme des prédicteurs précoces d'une éventuelle éruption volcanique.

Pour obtenir une longueur d'onde accordable, les chercheurs ont utilisé une technologie de conception d'appareils basée sur l'effet quantique. Pour la couche électroluminescente de l'élément QCL, ils ont utilisé une conception à double état supérieur anti-croisé.

Lorsque le QCL à balayage de longueur d'onde est combiné avec le système d'entraînement développé par AIST, il peut atteindre une vitesse de balayage de longueur d'onde qui acquiert un spectre lumineux continu dans l'infrarouge moyen en 20 ms. L'acquisition rapide du spectre par QCL facilitera l'analyse des phénomènes transitoires qui évoluent rapidement dans le temps. La résolution spectrale du QCL est d'environ 15 nm et sa sortie de crête maximale est d'environ 150 mW.

Actuellement, la plupart des analyseurs utilisés pour détecter et mesurer les gaz volcaniques en temps réel disposent de capteurs électrochimiques. Les électrodes de ces capteurs - et les performances de l'analyseur - se détériorent rapidement, en raison d'une exposition constante à des gaz toxiques. Les analyseurs de gaz tout optiques utilisent une source lumineuse longue durée et nécessitent moins d'entretien, mais la source lumineuse optique peut prendre beaucoup de place. La taille de ces analyseurs les rend difficiles à installer à proximité des cratères volcaniques.

Le système de surveillance des gaz volcaniques de nouvelle génération, équipé du minuscule QCL à balayage de longueur d'onde, fournira aux volcanologues une unité entièrement optique, compacte et portable, dotée d'une sensibilité élevée et d'un entretien facile. Les chercheurs de Hamamatsu et leurs collègues de l'AIST et de la New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), qui ont soutenu le projet, continueront à rechercher des moyens d'augmenter la sensibilité de l'analyseur et de réduire la maintenance.

L'équipe prévoit des observations multipoints pour tester et démontrer l'analyseur portable. Les produits qui utilisent le QCL à balayage de longueur d'onde et les circuits d'entraînement avec les photodétecteurs Hamamatsu devraient sortir en 2022.REAS_Hamamatsu_World_s_Smallest_Wavelength_Swept_QCL


Heure de publication : 27 août-2021


Leave Your Message