HAMAMATSU, Япон, 2021 оны 8-р сарын 25-Hamamatsu Photonics болон Токио дахь Аж үйлдвэрийн дэвшилтэт шинжлэх ухаан, технологийн үндэсний хүрээлэн (AIST) хамтран өндөр мэдрэмжтэй галт уулын дэлбэрэлтийг урьдчилан таамаглах зөөврийн хийн хяналтын бүх оптик, зөөврийн систем дээр хамтран ажилласан. Зөөврийн анализаторыг галт уулын тогооны ойролцоох галт уулын хийн тогтвортой, урт хугацааны хяналтаас гадна химийн үйлдвэр, бохир усны хоолойд хортой хий алдагдсаныг илрүүлэх, агаар мандлын хэмжилт хийхэд ашиглаж болно.

Энэхүү систем нь Hamamatsu-ийн боловсруулсан жижиг хэмжээтэй, долгионы урттай квант каскад лазер (QCL) агуулдаг. Өмнөх QCL-ийн 1/150 орчим хэмжээтэй лазер бол дэлхийн хамгийн жижиг долгионы урттай QCL юм. AIST -ийн боловсруулсан хийн хяналтын системийн хөтөч систем нь жижиг QCL -ийг хаана ч хамаагүй зөөвөрлөх боломжтой хөнгөн жинтэй, зөөврийн анализаторт холбох боломжийг олгоно.
Дэлхийн хамгийн жижиг долгионы урттай арчигдсан QCL нь өмнөх долгионы уртаар шүүрдсэн QCL-ийн ердөө 1/150 хэмжээтэй юм. Hamamatsu Photonics KK болон Шинэ Эрчим хүч, Үйлдвэрлэлийн Технологийн Хөгжлийн Байгууллага (NEDO) -оос зөвшөөрөл авсан болно.
Хамаматсугийн одоо байгаа микроэлектромеханик систем (MEMS) технологийг ашигласнаар хөгжүүлэгчид QCL -ийн MEMS дифракцийн торыг бүрэн шинэчилж, ердийн сараалжны 1/10 орчим болгож бууруулжээ. Баг нь шаардлагагүй зайг багасгахын тулд зохион байгуулсан жижиг соронзыг ашиглаж, бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг 0.1 мкм хүртэл нарийвчлалтайгаар угсарчээ. QCL -ийн гадаад хэмжээс нь 13 × 30 × 13 мм (W × D × H) юм.

Долгионы уртаар шүүрддэг QCL нь MEMS-ийн дифракцийн сараалжийг ашигладаг бөгөөд долгионы уртыг хурдан өөрчлөхөд дунд хэт улаан туяаны гэрлийг тарааж, тусгаж, ялгаруулдаг. Hamamatsu-ийн долгионоор бүрхэгдсэн QCL нь долгионы уртын долооноос 8 мкм хүртэл тохируулагдсан байдаг. Энэ хүрээ нь SO2 ба H2S хийд амархан шингэдэг бөгөөд энэ нь галт уулын дэлбэрэлтийг эрт илрүүлэгч гэж үздэг.

Долгионы уртыг тохируулахын тулд судлаачид квант эффект дээр суурилсан төхөөрөмжийн дизайны технологийг ашигласан. QCL элементийн гэрэл ялгаруулах давхаргын хувьд тэд хөндлөн огтлолцолгүй хоёр дээд түвшний загварыг ашигласан.

Долгионы урттай QCL-ийг AIST-ийн боловсруулсан хөтөч системтэй хослуулснаар долгионы уртыг шүүрдэх хурдыг 20 м-ийн дотор тасралтгүй дунд хэт улаан туяаны спектрийг олж авдаг. QCL спектрийг өндөр хурдтай олж авснаар цаг хугацааны явцад хурдан өөрчлөгдөж буй түр зуурын үзэгдлүүдийн дүн шинжилгээ хийхэд хялбар болно. QCL -ийн спектрийн нарийвчлал нь 15 нм бөгөөд хамгийн их оргил гаралт нь ойролцоогоор 150 мВт юм.

Одоогийн байдлаар галт уулын хийг бодит цаг хугацаанд илрүүлж хэмжихэд ашигладаг ихэнх анализаторууд нь цахилгаан химийн мэдрэгчтэй байдаг. Эдгээр мэдрэгч дэх электродууд ба анализаторын ажиллагаа хурдан мууддаг, учир нь хорт хий байнга өртдөг. Бүх оптик хийн анализаторууд нь урт хугацааны гэрлийн эх үүсвэр ашигладаг бөгөөд засвар үйлчилгээ бага шаарддаг боловч оптик гэрлийн эх үүсвэр нь маш их зай эзэлдэг. Эдгээр анализаторын хэмжээ нь галт уулын тогооны ойролцоо суулгахад хэцүү болгодог.

Дараагийн үеийн галт уулын хийн хяналтын систем нь жижиг долгионы урттай QCL төхөөрөмжөөр тоноглогдсон бөгөөд галт уул судлаачдад өндөр мэдрэмжтэй, засвар үйлчилгээ хийхэд хялбар, бүх оптик, авсаархан, зөөврийн төхөөрөмжийг өгөх болно. Төслийг дэмжсэн Хамаматсугийн судлаачид болон AIST, Шинэ Эрчим хүч, Үйлдвэрлэлийн Технологийн Хөгжлийн Байгууллага (NEDO) -ийн судлаачид анализаторын мэдрэмтгий байдлыг нэмэгдүүлэх, засвар үйлчилгээг бууруулах аргуудыг үргэлжлүүлэн судлах болно.

Баг нь зөөврийн анализаторыг туршиж үзүүлэхийн тулд олон цэгийн ажиглалт хийхээр төлөвлөж байна. Долгионы урттай QCL болон хөтлөгч хэлхээг Hamamatsu фотодетекторын хамт ашигладаг бүтээгдэхүүнийг 2022 онд гаргахаар төлөвлөж байна.