Infrapuna pilt NASA teadlasest. Pilt suuremalt
Infrapunadetektorite arendamine on olnud astronoomia abistaja. NASA on varasematele infrapunadetektoritele välja töötanud odava alternatiivi, mida siin Maa peal võib leida palju. Detektorit nimetatakse Quantum Well Infrared Photodetector (QWIP) massiiviks ja see suudab kiiresti tuvastada metsatulekahjusid, tuvastada gaasi lekkeid ja kasutada palju muid ärilisi eesmärke.
NASA juhitud meeskonna välja töötatud odav detektor näeb nüüd nähtamatut infrapunavalgust erinevates värvides või lainepikkustes.
Detektor, mille nimi oli Quantum Well Infrared Photodetector (QWIP) massiiv, oli maailma suurim (miljon-piksline) infrapunamassiiv, kui projekt välja kuulutati 2003. aasta märtsis. See oli odava alternatiiv tavapärasele infrapunadetektorite tehnoloogiale laia teaduslike ja kaubanduslike rakenduste valik. Omal ajal võis see tuvastada ainult kitsa vahemiku infrapunavärve, mis võrdub tavalise foto tegemisega mustvalgelt. Uus QWIP-massiiv on sama suur, kuid võib nüüd infrapunakiirgust laias vahemikus tunda.
"Võimalus näha erinevaid infrapunakiirguse lainepikkusi on oluline edasiminek, mis suurendab oluliselt QWIP-tehnoloogia võimalikku kasutamist," ütles dr Murzy Jhabvala NASA Goddardi kosmoselennukeskusest, Greenbelt, MD, projekti peauurija.
Infrapunavalgus on inimsilmale nähtamatu, kuid mõnda tüüpi tekitab soojus ja tajub seda. Tavalisel infrapunadetektoril on hulk rakke (piksleid), mis interakteeruvad sissetuleva infrapunavalguse osakesega (infrapuna footon) ja muundavad selle elektrivooluks, mida saab mõõta ja registreerida. Need on põhimõtteliselt sarnased detektoritega, mis muudavad digitaalkaamera nähtava valguse. Mida rohkem piksleid saab kindla suurusega detektorile paigutada, seda suurem on eraldusvõime ja NASA QWIP-massiivid on oluliseks edusammuks varasemate 300 000-piksliste QWIP-massiivide suhtes, mis oli varem suurim saadaolev.
NASA QWIP-detektor on Gallium Arsenide (GaAs) pooljuhtkiip, mille peal on üle 100 kihi detektorimaterjali. Iga kiht on äärmiselt õhuke, paksusega 10 kuni 700 aatomit, ja kihid on kavandatud toimima kvantkaevudena.
Kvantkaevudes kasutatakse mikroskoopilise maailma veidrat füüsikat, mida nimetatakse kvantmehaanikaks, elektronide püüdmiseks - põhiosakesed, mis kannavad elektrivoolu, nii et neid saab vabastada ainult kindla energiaga valgus. Kui õige energiaga valgus satub massiivi ühte kvantkaevu, voolab vabanenud elektron läbi massiivi kohal asuva eraldi kiibi, mida nimetatakse räni lugemiks, kus see registreeritakse. Arvuti kasutab seda teavet infrapunaallikast pildi loomiseks.
NASA originaalne QWIP-massiiv võis tuvastada infrapunavalgust lainepikkusega 8,4–9,0 mikromeetrit. Uus versioon näeb infrapuna vahemikus 8 kuni 12 mikromeetrit. Edasiminek oli võimalik, kuna kvantkaevud saab kujundada erineva energiatasandiga valguse tuvastamiseks, varieerides detektori materjali kihtide koostist ja paksust.
"Selle massiivi laiaulatuslik reageerimine, eriti kaugemas infrapunas - 8 kuni 12 mikromeetrit - on infrapunaspektroskoopia jaoks ülioluline," ütles Jhabvala. Spektroskoopia on objekti erineva värvi valguse intensiivsuse analüüs. Erinevalt lihtsast fotost, mis lihtsalt näitab objekti välimust, kasutatakse spektroskoopiat, et koguda üksikasjalikumat teavet, näiteks objekti keemiline koostis, kiirus ja liikumissuund. Kriminaaluurimisel kasutatakse spektroskoopiat; Näiteks öelda, kas kahtlustatava rõivastelt leitud kemikaal sobib kuriteopaigal olevaga, ja kuidas astronoomid otsustavad, millest tähed on tehtud, isegi kui pole võimalust otse proovi võtta - tähed asuvad mitme triljoni miili kaugusel.
Muud QWIP-massiivide rakendused on arvukad. NASA Goddardis hõlmavad mõned neist rakendustest järgmist: troposfääri ja stratosfääri temperatuuride uurimine ja mikroelementide tuvastamine; puude varikatuse energiabilansi mõõtmised; pilvekihi emissioonide, tilkade / osakeste suuruse, koostise ja kõrguse mõõtmine; Vulkaanipursetest tulenevad SO2 ja aerosoolide heitkogused; tolmuosakeste jälgimine (nt Sahara kõrbest); CO2 imendumine; rannikuerosioon; ookeani / jõe termilised gradiendid ja reostus; maapealsete tõendite ja atmosfääri andmete kogumiseks kasutatavate radiomeetrite ja muude teaduslike seadmete analüüsimine; maapealne astronoomia; ja temperatuuri kõlav.
Võimalikud kaubanduslikud rakendused on üsna mitmekesised. QWIP-massiivide kasulikkus meditsiinilistel mõõteriistadel on hästi dokumenteeritud (OmniCorder, Inc., N.Y.) ja sellest võib saada üks olulisemaid QWIP-tehnoloogia draivereid. OmniCorder Technologies edu 256 x 256 kitsa riba QWIP massiivi kasutamisel pahaloomuliste kasvajate avastamisel on üsna märkimisväärne.
Muud potentsiaalsed QWIP-maatriksite kaubanduslikud rakendused hõlmavad järgmist: metsatulekahjude ja jääkide kuumade kohtade paiknemine; soovimatu taimestiku tungimise koht; põllukultuuride tervise jälgimine; toidutöötlemise saastumise, küpsuse ja riknemise jälgimine; elektriliini trafo rikete tuvastamine kaugemates piirkondades; tööstuslike tegevuste, näiteks paberivabrikute, kaevanduste ja elektrijaamade heitvee seire; infrapuna mikroskoopia; mitmesuguste termiliste lekete otsimine ja allikavee uute allikate leidmine.
QWIP-massiivid on suhteliselt odavad, kuna neid saab valmistada standardset pooljuhttehnoloogiat kasutades, mis tekitab arvutites kasutatavaid ränikiipasid kõikjal. Neid saab teha ka väga suurteks, sest GaA-sid saab kasvatada suurtes valuplokides, nagu ka räni.
Arendustööd juhtis NASA Goddardi instrumendisüsteemide ja tehnoloogia keskus. Armee teaduslabor (ARL), Adelphi, Md., Oli QWIP-massiivi teooria, kujundamise ja valmistamise jaoks abiks ning Ohio osariigi Masoni L3 / Cincinnati Electronics pakkus räni näitu ja hübridisatsiooni. See töö oli välja töötatud ja seda rahastas Maateaduste Tehnoloogia Amet täiustatud komponentide tehnoloogia arendusprojektina.
Algne allikas: NASA pressiteade
