HAMAMATSU, Japan, Agosto 25, 2021 - Ang Hamamatsu Photonics at ang National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) sa Tokyo ay nagtulungan sa isang all-optical, portable gas monitoring system para sa paghula ng mga pagsabog ng bulkan na may mataas na antas ng pagiging sensitibo. Bilang karagdagan sa pagbibigay ng matatag, pangmatagalang pagsubaybay ng mga volcanic gas na malapit sa mga bulkan ng bulkan, ang portable analyzer ay maaari ring magamit upang makita ang mga nakakalason na paglabas ng gas sa mga kemikal na halaman at imburnal at para sa mga pagsukat sa atmospera.

Naglalaman ang system ng isang miniaturized, wavelength-swept kuantum cascade laser (QCL) na binuo ni Hamamatsu. Sa bandang 1 / 150th ang laki ng mga nakaraang QCL, ang laser ay ang pinakamaliit na haba ng haba ng haba ng haba ng haba ng mundo na tinanggal na QCL. Ang drive system para sa gas monitoring system, na binuo ng AIST, ay magpapahintulot sa maliit na QCL na mai-mount sa magaan, portable analyser na maaaring dalhin kahit saan.
Ang pinakamaliit na wavelength-swept QCL ng mundo ay 1/150 lamang ang laki ng mga nakaraang QCL na tinangay ng haba ng daluyong. Sa kabutihang loob ng Hamamatsu Photonics KK at New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).
Ang paggamit ng umiiral na teknolohiya ng microelectromekanikal na sistema (MEMS) ng Hamamatsu, ganap na muling dinisenyo ng mga developer ang rehimeng diffraction ng QCL ng QCL, binabawasan ito sa halos 1/10 ang laki ng mga maginoo na gratings. Gumamit din ang koponan ng isang maliit na pang-akit na nakaayos upang mabawasan ang hindi kinakailangang puwang, at tiyak na tipunin ang iba pang mga bahagi na may kawastuhan hanggang sa mga yunit ng 0.1 μm. Ang panlabas na sukat ng QCL ay 13 × 30 × 13 mm (W × D × H).

Ang mga QCL na tinamaan ng haba ng haba ay gumagamit ng isang MEMS diffraction grating na nagkakalat, sumasalamin, at naglalabas ng mid-infrared light habang mabilis na binabago ang haba ng daluyong. Ang QCL na swept ng Hamamatsu ay nababagay sa saklaw ng haba ng haba ng 7 hanggang 8 μm. Ang saklaw na ito ay madaling hinihigop ng mga SO2 at H2S na gas na itinuturing na maagang hulaan ng isang posibleng pagsabog ng bulkan.

Upang makamit ang isang mahuhusay na haba ng daluyong, ang mga mananaliksik ay gumamit ng isang teknolohiya sa disenyo ng aparato na batay sa dami ng epekto. Para sa light-emitting layer ng elemento ng QCL, gumamit sila ng isang kontra-tumawid na disenyo ng dalawahang-itaas na estado.

Kapag ang wavelength-swept QCL ay pinagsama sa system ng drive na binuo ng AIST, maaari itong makamit ang isang haba ng haba ng haba ng haba ng haba na nakakakuha ng isang tuluy-tuloy na light-spectrum na nasa kalagitnaan ng infrared sa loob ng 20 ms. Ang mabilis na pagkuha ng QCL ng spectrum ay magpapadali sa mga pagsusuri ng mga pansamantalang phenomena na mabilis na nagbabago sa paglipas ng panahon. Ang resolusyon ng parang multo ng QCL ay tungkol sa 15 nm, at ang maximum na output ng rurok ay humigit-kumulang na 150 mW.

Sa kasalukuyan, ang karamihan sa mga analyzer na ginamit upang makita at sukatin ang mga volcanic gas sa real time na may mga electrochemical sensor. Ang mga electrode sa mga sensor na ito - at ang pagganap ng analyzer - ay mabilis na lumala, dahil sa patuloy na pagkakalantad sa nakakalason na gas. Gumagamit ang mga all-optical gas analyzer ng isang pangmatagalang mapagkukunan ng ilaw at nangangailangan ng mas kaunting pagpapanatili, ngunit ang mapagkukunang optikal na ilaw ay maaaring tumagal ng maraming puwang. Ang laki ng mga analyser na ito ay nagpapahirap sa kanila na mag-install malapit sa mga bulkan ng bulkan.

Ang susunod na henerasyon na sistema ng pagsubaybay ng bulkan na gas, na nilagyan ng maliit na maliit na haba ng haba ng haba ng QCL, ay magbibigay sa mga volcanologist ng isang all-optical, compact, portable unit na may mataas na pagiging sensitibo at madaling mapanatili. Ang mga mananaliksik sa Hamamatsu at ang kanilang mga kasamahan sa AIST at ang New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), na sumusuporta sa proyekto, ay magpapatuloy na siyasatin ang mga paraan upang madagdagan ang pagkasensitibo ng analyzer at mabawasan ang pagpapanatili.

Ang koponan ay nagpaplano ng mga pinagsamang pagmamasid upang masubukan at maipakita ang portable analyzer. Ang mga produkto na gumagamit ng QCL at nag-drive ng mga haba ng daluyong kasama ang Hamamatsu photodetector ay pinlano na pakawalan noong 2022.