Infračervený obraz výskumného pracovníka NASA. klikni na zväčšenie
Vývoj infračervených detektorov bol prínosom pre astronómiu. NASA vyvinula lacnú alternatívu k predchádzajúcim infračerveným detektorom, ktoré by tu na Zemi mohli nájsť mnoho využití. Detektor sa nazýva pole kvantového dobre infračerveného fotodetektora (QWIP) a mohol by rýchlo zistiť lesné požiare, zistiť únik plynu a mať mnoho ďalších komerčných použití.
Lacný detektor vyvinutý tímom vedeným NASA teraz môže vidieť neviditeľné infračervené svetlo v rôznych farbách alebo vlnových dĺžkach.
Detektor s názvom Quantum Well Infrared Photodetector (QWIP) pole, bol najväčší (1 milión-pixelový) infračervené pole na svete, keď bol projekt oznámený v marci 2003. To bola nízkonákladová alternatíva k konvenčnej technológii infračerveného detektora pre širokú rad vedeckých a obchodných aplikácií. V tom čase však dokázala detekovať iba úzky rozsah infračervených farieb, čo je rovnocenné s konvenčnou fotografiou iba v čiernej a bielej. Nové pole QWIP má rovnakú veľkosť, ale teraz môže snímať infračervené žiarenie v širokom rozsahu.
„Schopnosť vidieť rad infračervených vlnových dĺžok je dôležitým pokrokom, ktorý výrazne zvýši potenciálne využitie technológie QWIP,“ uviedol Dr. Murzy Jhabvala z Goddard Space Flight Center NASA, Greenbelt, MD, hlavný riešiteľ projektu.
Infračervené svetlo je pre ľudské oko neviditeľné, ale niektoré typy sú generované a vnímané ako teplo. Bežný infračervený detektor má množstvo buniek (pixelov), ktoré interagujú s prichádzajúcou časticou infračerveného svetla (infračervený fotón) a prevádzajú ho na elektrický prúd, ktorý je možné merať a zaznamenávať. V zásade sú podobné detektorom, ktoré prevádzajú viditeľné svetlo v digitálnom fotoaparáte. Čím viac pixelov je možné umiestniť na detektor danej veľkosti, tým väčšie rozlíšenie a QWIP polia NASA sú významným pokrokom oproti skorším 300 000 pixelovým QWIP poliam, ktoré boli predtým najväčšie dostupné.
Detektor QWIP NASA je polovodičový čip Gallium Arsenide (GaAs) s viac ako 100 vrstvami materiálu detektora na vrchu. Každá vrstva je extrémne tenká, s hrúbkou od 10 do 700 atómov a vrstvy sú navrhnuté tak, aby pôsobili ako kvantové jamky.
Kvantové vrty využívajú bizarnú fyziku mikroskopického sveta, nazývanú kvantová mechanika, na zachytenie elektrónov, základných častíc, ktoré prenášajú elektrický prúd, takže ich môže uvoľniť iba svetlo so špecifickou energiou. Ak svetlo so správnou energiou zasiahne jednu z kvantových jamiek v poli, uvoľnený elektrón tečie samostatným čipom nad poľom, ktorý sa nazýva odčítanie kremíka, kde sa zaznamená. Počítač použije tieto informácie na vytvorenie obrazu infračerveného zdroja.
Pôvodné pole QWIP NASA dokázalo detekovať infračervené svetlo s vlnovou dĺžkou medzi 8,4 a 9,0 mikrometrov. V novej verzii je možné vidieť infračervené žiarenie od 8 do 12 mikrometrov. Pokrok bol možný, pretože kvantové jamky môžu byť navrhnuté tak, aby detegovali svetlo s rôznymi hladinami energie zmenou zloženia a hrúbky vrstiev materiálu detektora.
„Široká odozva tohto poľa, najmä v ďalekej infračervenej oblasti - 8 až 12 mikrometrov - je pre infračervenú spektroskopiu kľúčová,“ uviedol Jhabvala. Spektroskopia je analýza intenzity svetla pri rôznych farbách objektu. Na rozdiel od jednoduchej fotografie, ktorá len ukazuje vzhľad objektu, sa spektroskopia používa na zhromažďovanie podrobnejších informácií, ako je chemické zloženie, rýchlosť a smer pohybu objektu. Spektroskopia sa používa pri vyšetrovaní trestných činov; Napríklad, ak chcete zistiť, či sa chemikálie nájdené na podozrivom oblečení zhodujú s chemikáliami na mieste činu, a to je to, ako astronómovia určujú, z ktorých hviezd sú vyrobené, aj keď neexistuje spôsob, ako priamo odobrať vzorku, s hviezdami vzdialenými mnoho biliónov kilometrov.
Iné aplikácie pre polia QWIP sú početné. V NASA Goddard sú niektoré z týchto aplikácií: štúdium teploty troposféry a stratosféry a identifikácia stopových chemikálií; meranie energetickej bilancie striešky stromov; meranie emisivít oblačnej vrstvy, veľkosti kvapiek / častíc, zloženia a výšky; Emisie SO2 a aerosólov spôsobené sopečnými erupciami; sledovanie prachových častíc (napr. zo saharskej púšte); Absorpcia CO2; pobrežná erózia; tepelné gradienty oceán / rieka a znečistenie; analyzovanie rádiometrov a iných vedeckých zariadení používaných na získavanie pozemných údajov a získavanie atmosférických údajov; pozemná astronómia; a teplota znie.
Potenciálne komerčné aplikácie sú dosť rozmanité. Užitočnosť polí QWIP v lekárskych prístrojoch je dobre zdokumentovaná (OmniCorder, Inc. v N. Y.) a môže sa stať jedným z najvýznamnejších ovládačov technológie QWIP. Úspech technológie OmniCorder Technologies pri použití 256 x 256 úzkopásmových polí QWIP na pomoc pri detekcii zhubných nádorov je celkom pozoruhodný.
Medzi ďalšie potenciálne komerčné aplikácie polí QWIP patrí: lokalizácia lesných požiarov a zvyškových teplých miest; umiestnenie nežiaduceho zásahu do vegetácie; monitorovanie zdravia plodín; monitorovanie kontaminácie, zrelosti a kazenia pri spracovaní potravín; lokalizovanie porúch transformátora elektrického vedenia vo vzdialených oblastiach; monitorovanie odpadových vôd z priemyselných operácií, ako sú papierne, ťažobné miesta a elektrárne; infračervená mikroskopia; hľadanie širokého spektra tepelných netesností a hľadanie nových zdrojov pramenitej vody.
Polia QWIP sú relatívne lacné, pretože sa dajú vyrobiť pomocou štandardnej polovodičovej technológie, ktorá produkuje kremíkové čipy používané v počítačoch všade. Môžu byť tiež veľmi veľké, pretože GaAs sa môžu pestovať vo veľkých ingotoch, rovnako ako kremík.
Vývojové úsilie viedlo Instrument Systems and Technology Center na NASA Goddard. Armádne výskumné laboratórium (ARL), Adelphi, MD, bolo nápomocné v teórii, dizajne a výrobe súpravy QWIP a L3 / Cincinnati Electronics of Mason, Ohio, poskytoval odčítanie kremíka a hybridizáciu. Táto práca bola koncipovaná a financovaná Úradom pre vedu o Zemi Zeme ako projekt rozvoja pokrokových technologických komponentov.
Pôvodný zdroj: NASA News Release
