HAMAMATSU, Japan, 25 augustus 2021-Hamamatsu Photonics en it National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) yn Tokio wurken gear oan in all-optysk, draachber gasmonitorsysteem foar it foarsizzen fan fulkaanútbarstings mei in hege mjitte fan gefoelichheid. Neist it leverjen fan stabile, lange termyn tafersjoch op fulkanyske gassen by fulkanyske kraters, koe de draachbere analysator ek wurde brûkt foar it opspoaren fan giftige gaslekken yn gemyske planten en riolearingen en foar atmosfearyske mjittingen.

It systeem befettet in miniaturisearre, golflengte-swept quantum cascade laser (QCL) ûntwikkele troch Hamamatsu. Op sawat 1/150th de grutte fan eardere QCL's is de laser de lytste QCL fan golflengte troch de wrâld. It oandriuwsysteem foar it gasmonitorsysteem, ûntwikkele troch AIST, sil de lytse QCL kinne montearje yn lichtgewicht, draachbere analysers dy't oeral kinne wurde droegen.
De lytste mei golflengte-swipe QCL fan 'e wrâld is mar 1/150th de grutte fan eardere QCL's mei golflengte. Mei tank oan Hamamatsu Photonics KK en New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).
Troch gebrûk te meitsjen fan de besteande mikroelektromechanyske systeem (MEMS) technology fan Hamamatsu, ûntwurpen de ûntwikkelders it QCL's MEMS -diffraksjegitter folslein opnij, wêrtroch it fermindere oant sawat 1/10th de grutte fan konvinsjonele gratings. It team brûkte ek in lytse magneet dy't waard regele om ûnnedige romte te ferminderjen, en de oare komponinten presys gearstald mei krektens oant ienheden fan 0.1 μm. De eksterne ôfmjittings fan 'e QCL binne 13 × 30 × 13 mm (B × D × H).

Troch golflengte-swipe QCL's brûke in MEMS-diffraksje-roaster dat mid-ynfraread ljocht ferspriedt, wjerspegelt en emit, wylst de golflengte fluch ferskowt. Hamamatsu's weach-swept QCL is ôfstimber yn it golflengteberik fan 7 oant 8 μm. Dit berik wurdt maklik opnommen troch de SO2- en H2S -gassen dy't wurde beskôge as iere foarsizzers fan in mooglike fulkaanútbarsting.

Om in ôfstelbere golflengte te berikken, brûkten de ûndersikers in technology foar apparaatûntwerp dy't is basearre op it kwantumeffekt. Foar de ljochtemittende laach fan it QCL-elemint brûkten se in anty-krúst dual-upper-state-ûntwerp.

Wannear't de golflengte-swept QCL wurdt kombineare mei it oandriuwsysteem ûntwikkele troch AIST, kin it in golflengte sweepsnelheid berikke dy't in trochgeande midden-ynfraread ljochtspektrum binnen 20 ms krijt. De oankeap fan 'e QCL mei hege snelheid fan it spektrum sil analyses fasilitearje fan oergeande ferskynsels dy't fluch feroarje yn' e rin fan 'e tiid. De spektrale resolúsje fan 'e QCL is sawat 15 nm, en de maksimum piekútfier is sawat 150 mW.

Op it stuit hawwe de measte analysers dy't wurde brûkt om fulkanyske gassen yn realtime te detektearjen en te mjitten elektrochemyske sensoren. De elektroden yn dizze sensoren - en de prestaasjes fan 'e analysator - ferswije fluch, fanwegen konstante bleatstelling oan giftich gas. Alle-optyske gasanalysatoren brûke in ljochtboarne mei lange libben en fereaskje minder ûnderhâld, mar de optyske ljochtboarne kin in protte romte ynnimme. De grutte fan dizze analysers makket se lestich te ynstallearjen by fulkanyske kraters.

It folgjende-generaasje fulkaan gasmonitorsysteem, foarsjoen fan it lytse golflengte-swipe QCL, sil fulkanologen in all-optyske, kompakte, draachbere ienheid leverje dy't hege gefoelichheid en maklik ûnderhâld hat. De ûndersikers by Hamamatsu en har kollega's by AIST en de New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), dy't it projekt stipe, sille trochgean mei it ûndersiikjen fan manieren om de gefoelichheid fan 'e analysator te ferheegjen en ûnderhâld te ferminderjen.

It team is fan plan multipoint -waarnimmingen te testen en te demonstrearjen fan de draachbere analysator. Produkten dy't de golflengte-swipe QCL brûke en circuits ride tegearre mei Hamamatsu fotodetektors binne pland foar frijlitting yn 2022.