QCL กวาดความยาวคลื่นที่เล็กที่สุดในโลกช่วยให้พกพาเครื่องวิเคราะห์ก๊าซแบบออปติคอลทั้งหมดได้

ฮามามัตสึ ประเทศญี่ปุ่น วันที่ 25 ส.ค. 2564 — Hamamatsu Photonics และสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอุตสาหกรรมขั้นสูงแห่งชาติ (AIST) ในโตเกียวร่วมมือกันในระบบตรวจวัดก๊าซแบบพกพาแบบออปติคัลทั้งหมดเพื่อทำนายการปะทุของภูเขาไฟด้วยความไวในระดับสูง นอกเหนือจากการตรวจสอบก๊าซภูเขาไฟที่มีเสถียรภาพในระยะยาวใกล้กับปล่องภูเขาไฟแล้ว เครื่องวิเคราะห์แบบพกพายังสามารถใช้เพื่อตรวจจับการรั่วไหลของก๊าซพิษในโรงงานเคมีและท่อระบายน้ำ และสำหรับการตรวจวัดบรรยากาศ

ระบบประกอบด้วยเลเซอร์คาสเคดควอนตัมความยาวคลื่นกวาดความยาวคลื่น (QCL) ขนาดเล็กที่พัฒนาโดยฮามามัตสึ ที่ขนาดประมาณ 1/150 ของ QCL รุ่นก่อนหน้า เลเซอร์นี้เป็น QCL ที่กวาดความยาวคลื่นที่เล็กที่สุดในโลก ระบบขับเคลื่อนสำหรับระบบตรวจสอบก๊าซที่พัฒนาโดย AIST จะช่วยให้สามารถติดตั้ง QCL ขนาดเล็กในเครื่องวิเคราะห์แบบพกพาน้ำหนักเบาที่สามารถพกพาไปได้ทุกที่
QCL ที่กวาดความยาวคลื่นที่เล็กที่สุดในโลกนั้นมีขนาดเพียง 1/150 ของ QCL ที่กวาดความยาวคลื่นก่อนหน้าเท่านั้น ได้รับความอนุเคราะห์จาก Hamamatsu Photonics KK และองค์กรพัฒนาพลังงานและเทคโนโลยีอุตสาหกรรมใหม่ (NEDO)
ด้วยการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าขนาดเล็ก (MEMS) ที่มีอยู่ของ Hamamatsu นักพัฒนาจึงออกแบบตะแกรงเลี้ยวเบน MEMS ของ QCL ใหม่ทั้งหมด โดยลดขนาดลงเหลือประมาณ 1 ใน 10 ของขนาดตะแกรงทั่วไป ทีมงานยังใช้แม่เหล็กขนาดเล็กที่จัดเรียงเพื่อลดพื้นที่ที่ไม่จำเป็น และประกอบส่วนประกอบอื่นๆ ได้อย่างแม่นยำด้วยความแม่นยำจนถึงหน่วย 0.1 μm ขนาดภายนอกของ QCL คือ 13 × 30 × 13 มม. (กว้าง × ลึก × สูง)

QCLs กวาดความยาวคลื่นใช้ตะแกรงเลี้ยวเบน MEMS ที่กระจาย สะท้อน และปล่อยแสงอินฟราเรดกลางในขณะที่เปลี่ยนความยาวคลื่นอย่างรวดเร็ว QCL กวาดคลื่นของ Hamamatsu สามารถปรับได้ในช่วงความยาวคลื่น 7 ถึง 8 μm ช่วงนี้ถูกดูดซับได้ง่ายโดยก๊าซ SO2 และ H2S ซึ่งถือว่าเป็นตัวทำนายเบื้องต้นของการปะทุของภูเขาไฟที่เป็นไปได้

เพื่อให้ได้ความยาวคลื่นที่ปรับได้ นักวิจัยได้ใช้เทคโนโลยีการออกแบบอุปกรณ์ที่อิงตามเอฟเฟกต์ควอนตัม สำหรับเลเยอร์การเปล่งแสงขององค์ประกอบ QCL พวกเขาใช้การออกแบบสถานะดูอัลอัพเปอร์แบบป้องกันการข้าม

เมื่อ QCL กวาดความยาวคลื่นถูกรวมเข้ากับระบบขับเคลื่อนที่พัฒนาโดย AIST จะสามารถบรรลุความเร็วการกวาดความยาวคลื่นที่รับสเปกตรัมแสงอินฟราเรดกลางอย่างต่อเนื่องภายใน 20 มิลลิวินาที การได้มาซึ่งสเปกตรัมความเร็วสูงของ QCL จะช่วยอำนวยความสะดวกในการวิเคราะห์ปรากฏการณ์ชั่วคราวที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเมื่อเวลาผ่านไป ความละเอียดสเปกตรัมของ QCL อยู่ที่ประมาณ 15 นาโนเมตร และเอาต์พุตสูงสุดของมันอยู่ที่ประมาณ 150 mW

ปัจจุบัน เครื่องวิเคราะห์ส่วนใหญ่ที่ใช้ในการตรวจจับและวัดก๊าซภูเขาไฟแบบเรียลไทม์มีเซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมี อิเล็กโทรดในเซ็นเซอร์เหล่านี้ — และประสิทธิภาพของเครื่องวิเคราะห์ — เสื่อมลงอย่างรวดเร็ว เนื่องจากการสัมผัสกับก๊าซพิษอย่างต่อเนื่อง เครื่องวิเคราะห์ก๊าซแบบออปติคัลทั้งหมดใช้แหล่งกำเนิดแสงที่มีอายุการใช้งานยาวนานและต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่า แต่แหล่งกำเนิดแสงแบบออปติคัลอาจใช้พื้นที่มาก ขนาดของเครื่องวิเคราะห์เหล่านี้ทำให้ยากต่อการติดตั้งใกล้กับปล่องภูเขาไฟ

ระบบตรวจสอบก๊าซภูเขาไฟรุ่นต่อไปที่มาพร้อมกับ QCL ที่กวาดความยาวคลื่นขนาดเล็กจะช่วยให้นักภูเขาไฟวิทยามีอุปกรณ์พกพาแบบออปติคัลขนาดกะทัดรัดทั้งหมดที่มีความไวสูงและบำรุงรักษาง่าย นักวิจัยจาก Hamamatsu และเพื่อนร่วมงานของพวกเขาที่ AIST และ New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) ซึ่งสนับสนุนโครงการนี้ จะยังคงตรวจสอบวิธีการเพิ่มความไวของเครื่องวิเคราะห์และลดการบำรุงรักษาต่อไป

ทีมงานกำลังวางแผนการสังเกตแบบหลายจุดเพื่อทดสอบและสาธิตเครื่องวิเคราะห์แบบพกพา ผลิตภัณฑ์ที่ใช้คิวซีแอลแบบกวาดความยาวคลื่นและวงจรไดรฟ์ร่วมกับเครื่องตรวจจับแสงฮามามัตสึมีกำหนดวางจำหน่ายในปี พ.ศ. 2565REAS_Hamamatsu_World_s_Smallest_Wavelength_Swept_QCL


เวลาโพสต์: ส.ค.-27-2021


Leave Your Message