'S Werelds kleinste QCL met golflengte-swept zorgt voor draagbaarheid van volledig optische gasanalysator

HAMAMATSU, Japan, 25 augustus 2021 - Hamamatsu Photonics en het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) in Tokio werkten samen aan een volledig optisch, draagbaar gasmonitoringsysteem voor het voorspellen van vulkaanuitbarstingen met een hoge mate van gevoeligheid. Naast het bieden van stabiele, langdurige monitoring van vulkanische gassen in de buurt van vulkanische kraters, kan de draagbare analysator ook worden gebruikt voor het detecteren van toxische gaslekken in chemische fabrieken en riolen en voor atmosferische metingen.

Het systeem bevat een geminiaturiseerde, golflengte-swept quantum cascade laser (QCL) ontwikkeld door Hamamatsu. Met ongeveer 1/150e van de grootte van eerdere QCL's, is de laser 's werelds kleinste golflengte-geveegde QCL. Dankzij het door AIST ontwikkelde aandrijfsysteem voor het gasmonitoringsysteem kan de kleine QCL worden gemonteerd in lichtgewicht, draagbare analysatoren die overal mee naartoe kunnen worden genomen.
'S Werelds kleinste golflengte-swept QCL is slechts 1/150ste van de grootte van eerdere golflengte-swept QCL's. Met dank aan Hamamatsu Photonics KK en New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).
Gebruikmakend van Hamamatsu's bestaande micro-elektromechanische systeem (MEMS) technologie, hebben de ontwikkelaars het MEMS-diffractierooster van de QCL volledig opnieuw ontworpen, waardoor het ongeveer 1/10 van de grootte van conventionele roosters is geworden. Het team gebruikte ook een kleine magneet die was opgesteld om onnodige ruimte te verminderen, en assembleerde de andere componenten nauwkeurig met een nauwkeurigheid tot eenheden van 0,1 m. De buitenafmetingen van de QCL zijn 13 × 30 × 13 mm (B × D × H).

Golflengte-geveegde QCL's gebruiken een MEMS-diffractierooster dat midden-infrarood licht verspreidt, reflecteert en uitzendt, terwijl de golflengte snel verschuift. Hamamatsu's wave-swept QCL is afstembaar in het golflengtebereik van 7 tot 8 m. Dit bereik wordt gemakkelijk geabsorbeerd door de SO2- en H2S-gassen die worden beschouwd als vroege voorspellers van een mogelijke vulkaanuitbarsting.

Om een ​​afstembare golflengte te bereiken, gebruikten de onderzoekers een apparaatontwerptechnologie die is gebaseerd op het kwantumeffect. Voor de lichtemitterende laag van het QCL-element gebruikten ze een anti-gekruist dual-upper-state ontwerp.

Wanneer de golflengte-geveegde QCL wordt gecombineerd met het aandrijfsysteem dat is ontwikkeld door AIST, kan het een golflengte-veegsnelheid bereiken die binnen 20 ms een continu midden-infrarood lichtspectrum verkrijgt. De snelle acquisitie van het spectrum door de QCL zal analyses van voorbijgaande verschijnselen die snel veranderen in de loop van de tijd vergemakkelijken. De spectrale resolutie van de QCL is ongeveer 15 nm en de maximale piekoutput is ongeveer 150 mW.

Momenteel hebben de meeste analysatoren die worden gebruikt om vulkanische gassen in realtime te detecteren en te meten, elektrochemische sensoren. De elektroden in deze sensoren - en de prestaties van de analysator - verslechteren snel door constante blootstelling aan giftig gas. Volledig optische gasanalysatoren gebruiken een lichtbron met een lange levensduur en vergen minder onderhoud, maar de optische lichtbron kan veel ruimte in beslag nemen. De grootte van deze analysatoren maakt ze moeilijk te installeren in de buurt van vulkanische kraters.

Het vulkanische gasmonitoringsysteem van de volgende generatie, uitgerust met de kleine golflengte-geveegde QCL, zal vulkanologen voorzien van een volledig optische, compacte, draagbare eenheid met een hoge gevoeligheid en eenvoudig onderhoud. De onderzoekers van Hamamatsu en hun collega's van AIST en de New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), die het project ondersteunde, zullen manieren blijven onderzoeken om de gevoeligheid van de analysator te vergroten en het onderhoud te verminderen.

Het team plant meerpuntsobservaties om de draagbare analysator te testen en te demonstreren. Producten die gebruik maken van de golflengte-geveegde QCL en circuits samen met Hamamatsu-fotodetectoren aansturen, zijn gepland voor release in 2022.REAS_Hamamatsu_World_s_Smallest_Wavelength_Swept_QCL


Posttijd: 27 aug-2021


Leave Your Message