ഹമാമാറ്റ്സു, ജപ്പാൻ, ഓഗസ്റ്റ് 25, 2021-ഹമാമത്സു ഫോട്ടോണിക്സും ടോക്കിയോയിലെ നാഷണൽ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് അഡ്വാൻസ്ഡ് ഇൻഡസ്ട്രിയൽ സയൻസ് ആൻഡ് ടെക്നോളജിയും (AIST) അഗ്നിപർവ്വത സ്ഫോടനങ്ങൾ ഉയർന്ന തോതിൽ പ്രവചിക്കുന്നതിനുള്ള എല്ലാ-ഒപ്റ്റിക്കൽ, പോർട്ടബിൾ ഗ്യാസ് മോണിറ്ററിംഗ് സിസ്റ്റത്തിലും സഹകരിച്ചു. അഗ്നിപർവ്വത ഗർത്തങ്ങൾക്ക് സമീപമുള്ള അഗ്നിപർവ്വത വാതകങ്ങളുടെ സുസ്ഥിരവും ദീർഘകാലവുമായ നിരീക്ഷണം നൽകുന്നതിനു പുറമേ, പോർട്ടബിൾ അനലൈസർ രാസ നിലയങ്ങളിലും അഴുക്കുചാലുകളിലും വിഷവാതക ചോർച്ച കണ്ടെത്താനും അന്തരീക്ഷ അളവുകൾക്കും ഉപയോഗിക്കാം.

ഹമാമത്സു വികസിപ്പിച്ച ഒരു മിനിയറൈസ്ഡ്, തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ക്വാണ്ടം കാസ്കേഡ് ലേസർ (ക്യുസിഎൽ) ഈ സിസ്റ്റത്തിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. മുൻ ക്യുസിഎല്ലുകളുടെ 1/150-ാമത്തെ വലുപ്പത്തിൽ, ലേസർ ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും ചെറിയ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ക്യുസിഎൽ ആണ്. എഐഎസ്ടി വികസിപ്പിച്ച ഗ്യാസ് മോണിറ്ററിംഗ് സിസ്റ്റത്തിനുള്ള ഡ്രൈവ് സിസ്റ്റം, ചെറിയ ക്യുസിഎൽ ഭാരം കുറഞ്ഞതും പോർട്ടബിൾ അനലൈസറുകളിലേക്കും എവിടെയും കൊണ്ടുപോകാൻ അനുവദിക്കും.
ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും ചെറിയ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ക്യുസിഎൽ മുമ്പത്തെ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ക്യുസിഎല്ലുകളുടെ 1/150-ന്റെ വലുപ്പം മാത്രമാണ്. ഹമാമത്സു ഫോട്ടോണിക്സ് കെ.കെ.യുടെയും ന്യൂ എനർജി ആൻഡ് ഇൻഡസ്ട്രിയൽ ടെക്നോളജി ഡെവലപ്മെന്റ് ഓർഗനൈസേഷന്റെയും (NEDO) കടപ്പാട്.
ഹമാമത്സുവിന്റെ നിലവിലുള്ള മൈക്രോഇലക്ട്രോമെക്കാനിക്കൽ സിസ്റ്റം (എംഇഎംഎസ്) സാങ്കേതികവിദ്യ പ്രയോജനപ്പെടുത്തിക്കൊണ്ട്, ഡവലപ്പർമാർ ക്യുസിഎല്ലിന്റെ എംഇഎംഎസ് ഡിഫ്രാക്ഷൻ ഗ്രേറ്റിംഗ് പൂർണ്ണമായും പുനർരൂപകൽപ്പന ചെയ്തു, ഇത് പരമ്പരാഗത ഗ്രേറ്റിംഗിന്റെ 1/10 വലുപ്പമായി കുറച്ചു. അനാവശ്യമായ ഇടം കുറയ്ക്കുന്നതിന് ക്രമീകരിച്ച ഒരു ചെറിയ കാന്തവും സംഘം ഉപയോഗിച്ചു, കൂടാതെ മറ്റ് ഘടകങ്ങളെ കൃത്യമായി 0.1 μm യൂണിറ്റുകളിലേക്ക് കൂട്ടിച്ചേർത്തു. QCL- ന്റെ ബാഹ്യ അളവുകൾ 13 × 30 × 13 mm (W × D × H) ആണ്.

തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ക്യുസിഎല്ലുകൾ ഒരു എംഇഎംഎസ് ഡിഫ്രാക്ഷൻ ഗ്രേറ്റിംഗ് ഉപയോഗിക്കുന്നു, അത് തരംഗദൈർഘ്യം അതിവേഗം മാറ്റുമ്പോൾ മിഡ്-ഇൻഫ്രാറെഡ് പ്രകാശം ചിതറുകയും പ്രതിഫലിപ്പിക്കുകയും പുറപ്പെടുവിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഹമാമത്സുവിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ക്യുസിഎൽ 7 മുതൽ 8 μm വരെ തരംഗദൈർഘ്യത്തിൽ ട്യൂൺ ചെയ്യാവുന്നതാണ്. അഗ്നിപർവ്വത സ്ഫോടനത്തിന്റെ ആദ്യകാല പ്രവചകരായി കണക്കാക്കപ്പെടുന്ന SO2, H2S വാതകങ്ങൾ ഈ ശ്രേണി എളുപ്പത്തിൽ ആഗിരണം ചെയ്യും.

ട്യൂൺ ചെയ്യാവുന്ന തരംഗദൈർഘ്യം നേടാൻ, ഗവേഷകർ ക്വാണ്ടം പ്രഭാവത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു ഉപകരണ ഡിസൈൻ സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിച്ചു. QCL മൂലകത്തിന്റെ പ്രകാശം പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന പാളിക്ക്, അവർ ആന്റി-ക്രോസ്ഡ് ഡ്യുവൽ-അപ്പർ-സ്റ്റേറ്റ് ഡിസൈൻ ഉപയോഗിച്ചു.

തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ക്യുസിഎൽ എഐഎസ്ടി വികസിപ്പിച്ച ഡ്രൈവ് സിസ്റ്റവുമായി സംയോജിപ്പിക്കുമ്പോൾ, ഒരു തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള വേഗത കൈവരിക്കാൻ കഴിയും, അത് തുടർച്ചയായ മിഡ്-ഇൻഫ്രാറെഡ് ലൈറ്റ് സ്പെക്ട്രം 20 മി. ക്യുസിഎൽ സ്പെക്ട്രത്തിന്റെ അതിവേഗ ഏറ്റെടുക്കൽ കാലാകാലങ്ങളിൽ അതിവേഗം മാറുന്ന ക്ഷണികമായ പ്രതിഭാസങ്ങളുടെ വിശകലനം സുഗമമാക്കും. ക്യുസിഎല്ലിന്റെ സ്പെക്ട്രൽ റെസല്യൂഷൻ ഏകദേശം 15 എൻഎം ആണ്, പരമാവധി പരമാവധി ഉത്പാദനം ഏകദേശം 150 മെഗാവാട്ട് ആണ്.

നിലവിൽ, അഗ്നിപർവ്വത വാതകങ്ങൾ തത്സമയം കണ്ടെത്താനും അളക്കാനും ഉപയോഗിക്കുന്ന മിക്ക അനലൈസറുകൾക്കും ഇലക്ട്രോകെമിക്കൽ സെൻസറുകളുണ്ട്. ഈ സെൻസറുകളിലെ ഇലക്ട്രോഡുകളും - അനലൈസറിന്റെ പ്രകടനവും - വിഷവാതകവുമായി നിരന്തരം എക്സ്പോഷർ ചെയ്യുന്നതിനാൽ പെട്ടെന്ന് വഷളാകുന്നു. ഓൾ-ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗ്യാസ് അനലൈസറുകൾ ദീർഘായുസ്സുള്ള പ്രകാശ സ്രോതസ്സ് ഉപയോഗിക്കുന്നു, കുറഞ്ഞ പരിപാലനം ആവശ്യമാണ്, പക്ഷേ ഒപ്റ്റിക്കൽ ലൈറ്റ് സ്രോതസിന് ധാരാളം സ്ഥലം എടുക്കാൻ കഴിയും. ഈ അനലൈസറുകളുടെ വലിപ്പം അഗ്നിപർവ്വത ഗർത്തങ്ങൾക്ക് സമീപം ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്യുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാണ്.

അടുത്ത തലമുറയിലെ അഗ്നിപർവ്വത വാതക നിരീക്ഷണ സംവിധാനം, ചെറിയ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ക്യുസിഎൽ കൊണ്ട് സജ്ജീകരിച്ചിരിക്കുന്നു, അഗ്നിപർവ്വതശാസ്ത്രജ്ഞർക്ക് ഉയർന്ന സംവേദനക്ഷമതയും എളുപ്പമുള്ള പരിപാലനവും ഉള്ള എല്ലാ ഒപ്റ്റിക്കൽ, ഒതുക്കമുള്ള, പോർട്ടബിൾ യൂണിറ്റ് നൽകും. ഹമാമത്സുവിലെ ഗവേഷകരും എഐഎസ്ടിയിലെ അവരുടെ സഹപ്രവർത്തകരും പദ്ധതിയെ പിന്തുണച്ച ന്യൂ എനർജി ആൻഡ് ഇൻഡസ്ട്രിയൽ ടെക്നോളജി ഡെവലപ്മെന്റ് ഓർഗനൈസേഷനും (NEDO) അനലൈസറിന്റെ സംവേദനക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനും പരിപാലനം കുറയ്ക്കുന്നതിനുമുള്ള മാർഗ്ഗങ്ങൾ അന്വേഷിക്കുന്നത് തുടരും.

പോർട്ടബിൾ അനലൈസർ പരീക്ഷിക്കാനും പ്രദർശിപ്പിക്കാനും ടീം മൾട്ടിപോയിന്റ് നിരീക്ഷണങ്ങൾ ആസൂത്രണം ചെയ്യുന്നു. ഹമാമത്സു ഫോട്ടോഡെറ്റക്ടറുകൾക്കൊപ്പം തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ക്യുസിഎൽ, ഡ്രൈവ് സർക്യൂട്ടുകൾ എന്നിവ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഉൽപ്പന്നങ്ങൾ 2022 ൽ റിലീസ് ചെയ്യാൻ പദ്ധതിയിടുന്നു.