ہماماتسو ، جاپان ، 25 اگست ، 2021-ٹوکیو میں ہماٹاسو فوٹونکس اور نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف ایڈوانسڈ انڈسٹریل سائنس اینڈ ٹیکنالوجی (اے آئی ایس ٹی) نے آتش فشاں پھٹنے کی پیش گوئی کے لیے تمام آپٹیکل ، پورٹیبل گیس مانیٹرنگ سسٹم پر تعاون کیا۔ آتش فشاں کے قریب آتش فشانی گیسوں کی مستحکم ، طویل المیعاد نگرانی فراہم کرنے کے علاوہ ، پورٹیبل تجزیہ کار کیمیائی پودوں اور گٹروں میں زہریلی گیس کے اخراج اور ماحول کی پیمائش کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔

اس نظام میں ایک چھوٹا ، طول موج سے چلنے والا کوانٹم کاسکیڈ لیزر (کیو سی ایل) شامل ہے جو ہاماتسو نے تیار کیا ہے۔ پچھلے کیو سی ایل کے سائز کے تقریبا/1/150 ویں حصے پر ، لیزر دنیا کی سب سے چھوٹی طول موج سے بھری ہوئی کیو سی ایل ہے۔ گیس مانیٹرنگ سسٹم کے لیے ڈرائیو سسٹم ، جو اے آئی ایس ٹی نے تیار کیا ہے ، چھوٹے کیو سی ایل کو ہلکا پھلکا ، پورٹیبل اینالائزر لگانے کی اجازت دے گا جسے کہیں بھی لے جایا جا سکتا ہے۔
دنیا کی سب سے چھوٹی طول موج سے چلنے والی کیو سی ایل پچھلی طول موج سے بہنے والی کیو سی ایل کے سائز کا صرف ڈیڑھ سوواں ہے۔ بشکریہ ہماتسو فوٹونکس KK اور نیو انرجی اینڈ انڈسٹریل ٹیکنالوجی ڈویلپمنٹ آرگنائزیشن (NEDO)
حماماتسو کی موجودہ مائیکرو الیکٹرو مکینیکل سسٹم (MEMS) ٹکنالوجی کا فائدہ اٹھاتے ہوئے ، ڈویلپرز نے QCL کے MEMS ڈفریکشن گریٹنگ کو مکمل طور پر نئے سرے سے ڈیزائن کیا ، جس سے روایتی گریٹنگز کا سائز تقریبا/1/10 تک کم ہو گیا۔ ٹیم نے ایک چھوٹا سا مقناطیس بھی لگایا جو غیر ضروری جگہ کو کم کرنے کے لیے ترتیب دیا گیا تھا ، اور دوسرے اجزاء کو درست طریقے سے 0.1 μm کی اکائیوں تک جمع کیا گیا تھا۔ کیو سی ایل کے بیرونی طول و عرض 13 × 30 × 13 ملی میٹر (W × D × H) ہیں۔

طول موج سے بہنے والے QCLs ایک MEMS پھیلاؤ کا استعمال کرتے ہیں جو کہ طول موج کو تیزی سے منتقل کرتے ہوئے وسط اورکت روشنی کو منتشر ، منعکس اور خارج کرتا ہے۔ ہاماماتسو کی لہر سے چلنے والی کیو سی ایل 7 سے 8 ofm کی طول موج کی حد میں ٹیون ایبل ہے۔ یہ رینج SO2 اور H2S گیسوں کے ذریعے آسانی سے جذب ہو جاتی ہے جو ممکنہ آتش فشاں پھٹنے کے ابتدائی پیش گو سمجھے جاتے ہیں۔

ایک قابل طول موج کے حصول کے لیے ، محققین نے ایک ڈیوائس ڈیزائن ٹیکنالوجی استعمال کی جو کہ کوانٹم اثر پر مبنی ہے۔ کیو سی ایل عنصر کی روشنی کو خارج کرنے والی پرت کے لئے ، انہوں نے اینٹی کراس ڈوئل اپر اسٹیٹ ڈیزائن استعمال کیا۔

جب طول موج سے چلنے والی کیو سی ایل کو اے آئی ایس ٹی کے تیار کردہ ڈرائیو سسٹم کے ساتھ جوڑا جاتا ہے ، تو یہ ایک طول موج کی تیز رفتار حاصل کرسکتا ہے جو 20 ایم ایس کے اندر ایک متوسط ​​اورکت روشنی کا سپیکٹرم حاصل کرتا ہے۔ کیو سی ایل کا سپیکٹرم کا تیز رفتار حصول عارضی مظاہر کے تجزیے میں سہولت فراہم کرے گا جو وقت کے ساتھ تیزی سے تبدیل ہوتا ہے۔ کیو سی ایل کی سپیکٹریل ریزولوشن تقریبا 15 این ایم ہے ، اور اس کی زیادہ سے زیادہ چوٹی پیداوار تقریبا 150 میگاواٹ ہے۔

فی الحال ، زیادہ تر تجزیہ کار ریئل ٹائم میں آتش فشانی گیسوں کا پتہ لگانے اور ان کی پیمائش کرنے کے لیے الیکٹرو کیمیکل سینسر رکھتے ہیں۔ ان سینسرز میں الیکٹروڈ - اور تجزیہ کار کی کارکردگی - زہریلی گیس کی مسلسل نمائش کی وجہ سے تیزی سے خراب ہو جاتی ہے۔ تمام آپٹیکل گیس تجزیہ کار لمبی عمر کے لائٹ سورس کا استعمال کرتے ہیں اور کم دیکھ بھال کی ضرورت ہوتی ہے ، لیکن آپٹیکل لائٹ سورس بہت زیادہ جگہ لے سکتا ہے۔ ان تجزیہ کاروں کا سائز انہیں آتش فشاں کے گڑھوں کے قریب نصب کرنا مشکل بنا دیتا ہے۔

اگلی نسل کا آتش فشاں گیس مانیٹرنگ سسٹم ، جو کہ چھوٹے طول موج سے بھرے ہوئے QCL سے لیس ہے ، آتش فشاں کے ماہرین کو ایک تمام آپٹیکل ، کمپیکٹ ، پورٹیبل یونٹ فراہم کرے گا جس میں اعلی حساسیت اور آسان دیکھ بھال ہے۔ ہماٹسو کے محققین اور ان کے ساتھی AIST اور نیو انرجی اینڈ انڈسٹریل ٹیکنالوجی ڈویلپمنٹ آرگنائزیشن (NEDO) ، جو اس پروجیکٹ کی حمایت کرتے ہیں ، تجزیہ کار کی حساسیت بڑھانے اور دیکھ بھال کو کم کرنے کے طریقوں کی چھان بین جاری رکھیں گے۔

ٹیم پورٹیبل تجزیہ کار کو جانچنے اور ظاہر کرنے کے لیے ملٹی پوائنٹ مشاہدات کی منصوبہ بندی کر رہی ہے۔ وہ مصنوعات جو طول موج سے چلنے والی QCL اور ڈرائیونگ سرکٹس کو ہماماتسو فوٹو ڈیٹیکٹرز کے ساتھ مل کر 2022 میں ریلیز کرنے کا منصوبہ بنا رہی ہیں۔