QCL s najmenšou vlnou na svete zaisťuje prenosnosť celého optického analyzátora plynu

HAMAMATSU, Japonsko, 25. augusta 2021-Spoločnosť Hamamatsu Photonics a Národný inštitút pokročilej priemyselnej vedy a technológie (AIST) v Tokiu spolupracovali na plne optickom prenosnom systéme monitorovania plynu na predpovedanie sopečných erupcií s vysokým stupňom citlivosti. Okrem zabezpečenia stabilného a dlhodobého monitorovania sopečných plynov v blízkosti sopečných kráterov by sa prenosný analyzátor mohol použiť aj na detekciu únikov toxických plynov v chemických závodoch a kanáloch a na meranie atmosféry.

Systém obsahuje miniaturizovaný kvantový kaskádový laser (QCL) zmietaný vlnovou dĺžkou vyvinutý spoločnosťou Hamamatsu. Približne na 1/50 veľkosti predošlých QCL je laser najmenším vlnovou dĺžkou na svete QCL. Pohonný systém pre systém monitorovania plynu, vyvinutý spoločnosťou AIST, umožní namontovať malý QCL do ľahkých prenosných analyzátorov, ktoré je možné prenášať kdekoľvek.
Najmenší QCL na svete, ktorý má najmenšiu vlnovú dĺžku, je iba 1/150 veľkosti predchádzajúceho QCL, ktorý bol zachytený na vlnovej dĺžke. S láskavým dovolením spoločnosti Hamamatsu Photonics KK a organizácie pre rozvoj novej energetiky a priemyselných technológií (NEDO).
Využitím existujúcej technológie mikroelektromechanického systému (MEMS) spoločnosti Hamamatsu vývojári úplne prepracovali difrakčnú mriežku QEM MEMS a zmenšili ju na približne 1/10 veľkosti bežných mriežok. Tím tiež použil malý magnet, ktorý bol usporiadaný tak, aby znižoval zbytočný priestor, a presne zostavil ostatné komponenty s presnosťou až na jednotky 0,1 μm. Vonkajšie rozmery QCL sú 13 × 30 × 13 mm (Š × H × V).

Vlnové dĺžky zmetané QCL používajú difrakčnú mriežku MEMS, ktorá rozptyľuje, odráža a vyžaruje stredné infračervené svetlo, pričom rýchlo posúva vlnovú dĺžku. Hamamatsuov vlnovo unášaný QCL je laditeľný v rozsahu vlnových dĺžok 7 až 8 μm. Tento rozsah je ľahko absorbovaný plynmi SO2 a H2S, ktoré sú považované za včasné prediktory možnej sopečnej erupcie.

Na dosiahnutie laditeľnej vlnovej dĺžky použili vedci technológiu návrhu zariadenia, ktorá je založená na kvantovom efekte. Pre vrstvu vyžarujúcu svetlo prvku QCL použili konštrukciu s krížovým dvojitým horným stavom.

Keď sa QCL s vlnovou dĺžkou skombinuje s pohonným systémom vyvinutým spoločnosťou AIST, môže dosiahnuť rýchlosť zametania vlnovej dĺžky, ktorá do 20 ms získa kontinuálne spektrum stredného infračerveného svetla. Vysokorýchlostné získavanie spektra QCL uľahčí analýzu prechodných javov, ktoré sa v priebehu času rýchlo menia. Spektrálne rozlíšenie QCL je asi 15 nm a jeho maximálny špičkový výkon je približne 150 mW.

V súčasnosti má väčšina analyzátorov používaných na detekciu a meranie sopečných plynov v reálnom čase elektrochemické senzory. Elektródy v týchto snímačoch - a výkonnosť analyzátora - sa rýchlo zhoršujú v dôsledku neustáleho pôsobenia toxického plynu. Celooptické analyzátory plynu používajú svetelný zdroj s dlhou životnosťou a vyžadujú menšiu údržbu, ale optický svetelný zdroj môže zaberať veľa miesta. Veľkosť týchto analyzátorov sťažuje inštaláciu v blízkosti sopečných kráterov.

Systém monitorovania sopečného plynu novej generácie, vybavený QCL s malým rozsahom vlnových dĺžok, poskytne vulkanológom plne optickú, kompaktnú a prenosnú jednotku s vysokou citlivosťou a jednoduchou údržbou. Vedci z Hamamatsu a ich kolegovia z AIST a organizácie pre rozvoj novej energie a priemyselných technológií (NEDO), ktorá projekt podporila, budú pokračovať v skúmaní spôsobov, ako zvýšiť citlivosť analyzátora a obmedziť údržbu.

Tím plánuje viacbodové pozorovania na testovanie a predvádzanie prenosného analyzátora. Výrobky, ktoré používajú QCL a pohonné obvody s vlnovou dĺžkou spolu s fotodetektormi Hamamatsu, sú plánované na trh v roku 2022.REAS_Hamamatsu_World_s_Smallest_Wavelength_Swept_QCL


Čas odoslania: 27. augusta 2021


Leave Your Message