ХАМАМАТСУ, Јапонија, 25 август 2021 година-Hamamatsu Photonics и Националниот институт за напредна индустриска наука и технологија (AIST) во Токио соработуваа на целосно оптички, пренослив систем за мониторинг на гас за предвидување вулкански ерупции со висок степен на чувствителност. Покрај обезбедувањето стабилно, долгорочно следење на вулканските гасови во близина на вулканските кратери, преносливиот анализатор може да се користи и за откривање на протекување токсични гасови во хемиски постројки и канализација и за атмосферски мерења.

Системот содржи минијатуризиран квантен ласер со бранови должини (QCL) развиен од Хамамацу. Околу 1/150 од големината на претходните QCL, ласерот е QCL со најмала бранова должина во светот. Погонскиот систем за системот за мониторинг на гас, развиен од AIST, ќе овозможи малиот QCL да се монтира во лесни, преносливи анализатори што можат да се носат насекаде.
Најмалиот QCL со бранова должина во светот е само 1/150 од големината на претходните QCL-бранови бранови должини. Благодарение на Hamamatsu Photonics KK и New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).
Користејќи ја постојната технологија на Хамамацу за микроелектромеханички систем (MEMS), програмерите целосно ја редизајнираа решетката за дифракција MEMS на QCL, намалувајќи ја на 1/10 од големината на конвенционалните решетки. Тимот, исто така, користеше мал магнет кој беше уреден да го намали непотребниот простор, и прецизно ги состави другите компоненти со точност до единици од 0,1 μm. Надворешните димензии на QCL се 13 × 30 × 13 mm (Ш × Д × В).

QCL-ата опфатена со бранова должина користат решетка за дифракција MEMS која дисперзира, рефлектира и емитува средно-инфрацрвена светлина, додека брзо ја менува брановата должина. Брано-зафатениот QCL е прилагодлив во опсегот на бранова должина од 7 до 8 μm. Овој опсег лесно се апсорбира од гасовите SO2 и H2S кои се сметаат за рани предвидувачи на можна вулканска ерупција.

За да се постигне прилагодлива бранова должина, истражувачите користеа технологија за дизајн на уреди базирана на квантниот ефект. За слојот што емитува светлина од елементот QCL, тие користеа анти-вкрстен дизајн со двојна горна состојба.

Кога QCL зафатената бранова должина се комбинира со погонскиот систем развиен од AIST, може да постигне брзина на убедување на бранова должина што добива континуиран спектар на средна инфрацрвена светлина во рок од 20 ms. Стекнувањето на спектарот со голема брзина од QCL ќе ги олесни анализите на минливи феномени кои брзо се менуваат со текот на времето. Спектралната резолуција на QCL е околу 15 nm, а нејзиниот максимален врвен излез е приближно 150 mW.

Во моментов, повеќето анализатори што се користат за откривање и мерење вулкански гасови во реално време имаат електрохемиски сензори. Електродите во овие сензори - и перформансите на анализаторот - брзо се влошуваат, поради постојана изложеност на токсичен гас. Сите оптички анализатори на гас користат извор на светлина со долг животен век и бараат помалку одржување, но оптичкиот извор на светлина може да зазема многу простор. Големината на овие анализатори ги отежнува инсталирањето во близина на вулкански кратери.

Системот за следење вулкански гасови од следната генерација, опремен со малиот QCL бранови должини, ќе им обезбеди на вулканолозите целосно оптичка, компактна, пренослива единица која има висока чувствителност и лесно одржување. Истражувачите од Хамамацу и нивните колеги од AIST и Организацијата за развој на нова енергија и индустриска технологија (НЕДО), кои го поддржаа проектот, ќе продолжат да истражуваат начини за зголемување на чувствителноста на анализаторот и намалување на одржувањето.

Тимот планира набointудувања со повеќе точки за тестирање и демонстрирање на преносливиот анализатор. Производите што користат QCL зафатени со бранова должина и кола за возење заедно со фото-детектори Хамамацу се планираат да бидат објавени во 2022 година.