HAMAMATSU, जापान, अगस्त २५, २०२१ - टोक्यो में हमामात्सु फोटोनिक्स और नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ एडवांस्ड इंडस्ट्रियल साइंस एंड टेक्नोलॉजी (एआईएसटी) ने उच्च स्तर की संवेदनशीलता के साथ ज्वालामुखी विस्फोट की भविष्यवाणी के लिए एक ऑल-ऑप्टिकल, पोर्टेबल गैस मॉनिटरिंग सिस्टम पर सहयोग किया। ज्वालामुखीय गड्ढों के पास ज्वालामुखी गैसों की स्थिर, दीर्घकालिक निगरानी प्रदान करने के अलावा, पोर्टेबल विश्लेषक का उपयोग रासायनिक संयंत्रों और सीवरों में और वायुमंडलीय माप के लिए जहरीली गैस रिसाव का पता लगाने के लिए भी किया जा सकता है।

इस प्रणाली में हमामात्सु द्वारा विकसित एक लघु, तरंगदैर्घ्य-स्वेप्ट क्वांटम कैस्केड लेजर (क्यूसीएल) शामिल है। पिछले QCLs के आकार के लगभग 1/150वें हिस्से पर, लेज़र दुनिया का सबसे छोटा तरंग दैर्ध्य-स्वीप QCL है। गैस निगरानी प्रणाली के लिए ड्राइव सिस्टम, जिसे एआईएसटी द्वारा विकसित किया गया है, छोटे क्यूसीएल को हल्के, पोर्टेबल एनालाइज़र में माउंट करने की अनुमति देगा, जिसे कहीं भी ले जाया जा सकता है।
दुनिया की सबसे छोटी तरंगदैर्घ्य-बह क्यूसीएल पिछले तरंग दैर्ध्य-स्वीप क्यूसीएल के आकार का केवल 1/150वां है। हमामात्सु फोटोनिक्स केके और नई ऊर्जा और औद्योगिक प्रौद्योगिकी विकास संगठन (एनईडीओ) के सौजन्य से।
हमामात्सु की मौजूदा माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (एमईएमएस) तकनीक का लाभ उठाते हुए, डेवलपर्स ने क्यूसीएल के एमईएमएस विवर्तन झंझरी को पूरी तरह से नया रूप दिया, इसे पारंपरिक झंझरी के आकार के लगभग 1/10 वें हिस्से तक कम कर दिया। टीम ने एक छोटा चुंबक भी लगाया जिसे अनावश्यक स्थान को कम करने के लिए व्यवस्थित किया गया था, और सटीकता के साथ अन्य घटकों को 0.1 माइक्रोन की इकाइयों तक सटीक रूप से इकट्ठा किया गया था। QCL के बाहरी आयाम 13 × 30 × 13 मिमी (W × D × H) हैं।

वेवलेंथ-स्वेप्ट क्यूसीएल एक एमईएमएस विवर्तन झंझरी का उपयोग करते हैं जो तरंग दैर्ध्य को तेजी से स्थानांतरित करते हुए मध्य-अवरक्त प्रकाश को फैलाता है, प्रतिबिंबित करता है और उत्सर्जित करता है। हमामात्सू का तरंग-प्रवाह क्यूसीएल 7 से 8 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य रेंज में ट्यून करने योग्य है। यह सीमा SO2 और H2S गैसों द्वारा आसानी से अवशोषित कर ली जाती है, जिन्हें संभावित ज्वालामुखी विस्फोट के शुरुआती भविष्यवक्ता माना जाता है।

ट्यून करने योग्य तरंग दैर्ध्य प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक उपकरण डिजाइन तकनीक का उपयोग किया जो क्वांटम प्रभाव पर आधारित है। QCL तत्व की प्रकाश उत्सर्जक परत के लिए, उन्होंने एक एंटी-क्रॉस ड्यूल-अपर-स्टेट डिज़ाइन का उपयोग किया।

जब वेवलेंथ-स्वेप्ट क्यूसीएल को एआईएसटी द्वारा विकसित ड्राइव सिस्टम के साथ जोड़ा जाता है, तो यह एक तरंग दैर्ध्य व्यापक गति प्राप्त कर सकता है जो 20 एमएस के भीतर एक निरंतर मध्य-अवरक्त प्रकाश स्पेक्ट्रम प्राप्त करता है। क्यूसीएल के स्पेक्ट्रम के उच्च गति अधिग्रहण क्षणिक घटनाओं के विश्लेषण की सुविधा प्रदान करेगा जो समय के साथ तेजी से बदलते हैं। क्यूसीएल का वर्णक्रमीय संकल्प लगभग 15 एनएम है, और इसका अधिकतम शिखर उत्पादन लगभग 150 मेगावाट है।

वर्तमान में, वास्तविक समय में ज्वालामुखी गैसों का पता लगाने और मापने के लिए उपयोग किए जाने वाले अधिकांश विश्लेषक में विद्युत रासायनिक सेंसर होते हैं। इन सेंसरों में इलेक्ट्रोड - और विश्लेषक का प्रदर्शन - जहरीली गैस के लगातार संपर्क में रहने के कारण जल्दी खराब हो जाता है। ऑल-ऑप्टिकल गैस एनालाइज़र लंबे जीवन वाले प्रकाश स्रोत का उपयोग करते हैं और कम रखरखाव की आवश्यकता होती है, लेकिन ऑप्टिकल प्रकाश स्रोत बहुत अधिक स्थान ले सकता है। इन एनालाइजरों का आकार उन्हें ज्वालामुखीय क्रेटर के पास स्थापित करना मुश्किल बनाता है।

अगली पीढ़ी की ज्वालामुखी गैस निगरानी प्रणाली, छोटे तरंग दैर्ध्य-स्वीप QCL से सुसज्जित, ज्वालामुखीविदों को एक ऑल-ऑप्टिकल, कॉम्पैक्ट, पोर्टेबल इकाई प्रदान करेगी जिसमें उच्च संवेदनशीलता और आसान रखरखाव है। हमामात्सु और उनके सहयोगियों के एआईएसटी और नई ऊर्जा और औद्योगिक प्रौद्योगिकी विकास संगठन (एनईडीओ) के शोधकर्ता, जिन्होंने परियोजना का समर्थन किया, विश्लेषक की संवेदनशीलता को बढ़ाने और रखरखाव को कम करने के तरीकों की जांच करना जारी रखेंगे।

पोर्टेबल विश्लेषक का परीक्षण और प्रदर्शन करने के लिए टीम कई बिंदुओं पर अवलोकन की योजना बना रही है। हमामात्सू फोटोडेटेक्टर के साथ तरंगदैर्घ्य से बहने वाले क्यूसीएल और ड्राइव सर्किट का उपयोग करने वाले उत्पादों को 2022 में रिलीज करने की योजना है।