హమామత్సు, జపాన్, ఆగస్టు 25, 2021-టోక్యోలోని హమామత్సు ఫోటోనిక్స్ మరియు నేషనల్ ఇనిస్టిట్యూట్ ఆఫ్ అడ్వాన్స్‌డ్ ఇండస్ట్రియల్ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ (AIST) అగ్నిపర్వత విస్ఫోటనాలను అధిక స్థాయి సున్నితత్వంతో అంచనా వేయడానికి ఆల్-ఆప్టికల్, పోర్టబుల్ గ్యాస్ పర్యవేక్షణ వ్యవస్థపై సహకరించాయి. అగ్నిపర్వత బిలం సమీపంలో అగ్నిపర్వత వాయువుల స్థిరమైన, దీర్ఘకాలిక పర్యవేక్షణను అందించడంతో పాటు, రసాయన కర్మాగారాలు మరియు మురుగు కాలువలలో విషపూరిత వాయువు లీక్‌లను గుర్తించడానికి మరియు వాతావరణ కొలతల కోసం పోర్టబుల్ ఎనలైజర్‌ని ఉపయోగించవచ్చు.

ఈ వ్యవస్థలో హమామత్సు అభివృద్ధి చేసిన సూక్ష్మీకరణ, తరంగదైర్ఘ్యం-స్వెప్ట్ క్వాంటం క్యాస్కేడ్ లేజర్ (QCL) ఉంది. మునుపటి QCL ల పరిమాణంలో 1/150 వ పరిమాణంలో, లేజర్ అనేది ప్రపంచంలోనే అతి చిన్న తరంగదైర్ఘ్యం కలిగిన QCL. AIST ద్వారా అభివృద్ధి చేయబడిన గ్యాస్ పర్యవేక్షణ వ్యవస్థ కోసం డ్రైవ్ సిస్టమ్, చిన్న QCL ను తేలికైన, పోర్టబుల్ ఎనలైజర్‌లలోకి ఎక్కడికైనా తీసుకెళ్లడానికి అనుమతిస్తుంది.
ప్రపంచంలోని అతిచిన్న తరంగదైర్ఘ్యం కలిగిన QCL మునుపటి తరంగదైర్ఘ్యం-కడిగిన QCL ల పరిమాణంలో 1/150 వ వంతు మాత్రమే. హమామత్సు ఫోటోనిక్స్ KK మరియు న్యూ ఎనర్జీ అండ్ ఇండస్ట్రియల్ టెక్నాలజీ డెవలప్‌మెంట్ ఆర్గనైజేషన్ (NEDO) సౌజన్యంతో.
హమామత్సు యొక్క ప్రస్తుత మైక్రోఎలెక్ట్రోమెకానికల్ సిస్టమ్ (MEMS) టెక్నాలజీని ఉపయోగించుకుని, డెవలపర్లు QCL యొక్క MEMS డిఫ్రాక్షన్ గ్రేటింగ్‌ను పూర్తిగా పునesరూపకల్పన చేసారు, దీనిని సంప్రదాయ గ్రేటింగ్‌ల పరిమాణంలో 1/10 వ స్థాయికి తగ్గించారు. అనవసరమైన స్థలాన్ని తగ్గించడానికి ఏర్పాటు చేయబడిన ఒక చిన్న అయస్కాంతాన్ని కూడా ఈ బృందం ఉపయోగించింది మరియు 0.1 μm యూనిట్ల వరకు ఖచ్చితత్వంతో ఇతర భాగాలను ఖచ్చితంగా సమీకరించింది. QCL యొక్క బాహ్య కొలతలు 13 × 30 × 13 mm (W × D × H).

వేవ్‌లెంగ్త్-స్వీప్డ్ QCL లు MEMS డిఫ్రాక్షన్ గ్రేటింగ్‌ను ఉపయోగిస్తాయి, ఇవి తరంగదైర్ఘ్యాన్ని వేగంగా మార్చేటప్పుడు మధ్య పరారుణ కాంతిని వెదజల్లుతాయి, ప్రతిబింబిస్తాయి మరియు విడుదల చేస్తాయి. హమామత్సు యొక్క వేవ్-స్వీప్డ్ QCL 7 నుండి 8 μm తరంగదైర్ఘ్యం పరిధిలో ట్యూన్ చేయబడుతుంది. ఈ శ్రేణి SO2 మరియు H2S వాయువుల ద్వారా సులభంగా గ్రహించబడుతుంది, ఇవి అగ్నిపర్వత విస్ఫోటనం యొక్క ముందస్తు అంచనాలుగా పరిగణించబడతాయి.

ట్యూన్ చేయదగిన తరంగదైర్ఘ్యాన్ని సాధించడానికి, పరిశోధకులు క్వాంటం ప్రభావంపై ఆధారపడిన పరికర రూపకల్పన సాంకేతికతను ఉపయోగించారు. QCL మూలకం యొక్క కాంతి-ఉద్గార పొర కోసం, వారు యాంటీ-క్రాస్డ్ డ్యూయల్-అప్పర్-స్టేట్ డిజైన్‌ను ఉపయోగించారు.

AIST ద్వారా అభివృద్ధి చేయబడిన డ్రైవ్ సిస్టమ్‌తో తరంగదైర్ఘ్యం-స్వీప్ చేయబడిన QCL కలిపినప్పుడు, ఇది 20 ms లోపల నిరంతర మధ్య-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ లైట్ స్పెక్ట్రంను పొందే తరంగదైర్ఘ్యం స్వీపింగ్ వేగాన్ని సాధించవచ్చు. QCL యొక్క స్పెక్ట్రమ్ యొక్క హై-స్పీడ్ సముపార్జన కాలక్రమేణా వేగంగా మారే అస్థిరమైన దృగ్విషయాల విశ్లేషణలను సులభతరం చేస్తుంది. QCL యొక్క స్పెక్ట్రల్ రిజల్యూషన్ సుమారు 15 nm, మరియు దాని గరిష్ట గరిష్ట ఉత్పత్తి సుమారు 150 mW.

ప్రస్తుతం, అగ్నిపర్వత వాయువులను నిజ సమయంలో గుర్తించడానికి మరియు కొలవడానికి ఉపయోగించే చాలా ఎనలైజర్‌లు ఎలెక్ట్రోకెమికల్ సెన్సార్‌లను కలిగి ఉంటాయి. ఈ సెన్సార్‌లలోని ఎలక్ట్రోడ్‌లు - మరియు ఎనలైజర్ పనితీరు - విషపూరిత వాయువుకు నిరంతరం బహిర్గతం కావడం వలన త్వరగా క్షీణిస్తుంది. ఆల్-ఆప్టికల్ గ్యాస్ ఎనలైజర్‌లు దీర్ఘ-జీవిత కాంతి మూలాన్ని ఉపయోగిస్తాయి మరియు తక్కువ నిర్వహణ అవసరం, కానీ ఆప్టికల్ లైట్ సోర్స్ చాలా స్థలాన్ని ఆక్రమిస్తుంది. ఈ ఎనలైజర్‌ల పరిమాణం అగ్నిపర్వత బిలం దగ్గర ఇన్‌స్టాల్ చేయడం కష్టతరం చేస్తుంది.

తరువాతి తరం అగ్నిపర్వత వాయువు పర్యవేక్షణ వ్యవస్థ, చిన్న తరంగదైర్ఘ్యం-తుడిచిపెట్టిన QCL తో అమర్చబడి, అధిక సున్నితత్వం మరియు సులభమైన నిర్వహణ కలిగిన ఆల్-ఆప్టికల్, కాంపాక్ట్, పోర్టబుల్ యూనిట్‌ను అగ్నిపర్వత శాస్త్రవేత్తలకు అందిస్తుంది. Hamamatsu పరిశోధకులు మరియు AIST లోని వారి సహచరులు మరియు ప్రాజెక్ట్‌కు మద్దతు ఇచ్చిన న్యూ ఎనర్జీ అండ్ ఇండస్ట్రియల్ టెక్నాలజీ డెవలప్‌మెంట్ ఆర్గనైజేషన్ (NEDO), ఎనలైజర్ యొక్క సున్నితత్వాన్ని పెంచడానికి మరియు నిర్వహణను తగ్గించడానికి మార్గాలను పరిశోధించడం కొనసాగిస్తుంది.

పోర్టబుల్ ఎనలైజర్‌ని పరీక్షించడానికి మరియు ప్రదర్శించడానికి బృందం మల్టీపాయింట్ పరిశీలనలను ప్లాన్ చేస్తోంది. హమామత్సు ఫోటోడెటెక్టర్‌లతో పాటు తరంగదైర్ఘ్యంతో కూడిన QCL మరియు డ్రైవ్ సర్క్యూట్‌లను ఉపయోగించే ఉత్పత్తులు 2022 లో విడుదల చేయడానికి ప్రణాళిక చేయబడ్డాయి.