Infrardeča slika Nasinega raziskovalca. Kliknite za povečavo
Razvoj infrardečih detektorjev je astronomiji koristil. NASA je razvila poceni alternativo prejšnjim infrardečim detektorjem, ki bi lahko tukaj na Zemlji našli veliko uporab. Detektorju se imenuje kvantni vodni infrardeči fotodetektor (QWIP) in lahko hitro opazi gozdne požare, zazna puščanje plina in ima številne druge komercialne namene.
Poceni detektor, ki ga je razvila NASA-ina ekipa, lahko zdaj vidi nevidno infrardečo svetlobo v različnih barvah ali valovnih dolžinah.
Detektor, imenovan kvantni niz z infrardečimi fotodetektorji (QWIP), je bil ob napovedi projekta marca 2003. največji svetovni (milijon slikovnih pik) infrardeči niz, predstavljal je poceni alternativo konvencionalni tehnologiji infrardečih detektorjev za široko uporabo vrsta znanstvenih in komercialnih aplikacij. Vendar pa je takrat lahko zaznal le ozek obseg infrardečih barv, kar je enako običajni fotografiji v črno-beli barvi. Novi niz QWIP je enake velikosti, zdaj pa je v širokem razponu občutljiv infrardeč.
"Sposobnost opazovanja različnih infrardečih valovnih dolžin je pomemben napredek, ki bo močno povečal potencialno uporabo tehnologije QWIP," je dejal dr. Murzy Jhabvala iz Nasinega centra za vesoljske polete Goddard, Greenbelt, Md., Glavni raziskovalec projekta.
Infrardeča svetloba je človeškemu očesu nevidna, vendar nekatere vrste ustvarjajo in dojemajo kot toploto. Običajni infrardeči detektor ima številne celice (slikovne pike), ki medsebojno delujejo z dohodnim delcem infrardeče svetlobe (infrardeči foton) in ga pretvorijo v električni tok, ki ga je mogoče izmeriti in zabeležiti. Načeloma so podobni detektorjem, ki pretvorijo vidno svetlobo v digitalni fotoaparat. Več pik, ki jih je mogoče postaviti na detektor določene velikosti, večja je ločljivost in NASA-in nizi QWIP so pomemben napredek pred prejšnjimi nizi QWIP s 300.000 slikovnimi pikami, prej največjimi na voljo.
Nasin detektor QWIP je polprevodniški čip Gallium Arsenide (GaAs) z več kot 100 sloji detektorskega materiala. Vsaka plast je izredno tanka, od 10 do 700 atomov, plasti pa so zasnovane tako, da delujejo kot kvantne vdolbinice.
Kvantne vrtine uporabljajo bizarno fiziko mikroskopskega sveta, imenovano kvantna mehanika, da lovijo elektrone, temeljne delce, ki prenašajo električni tok, tako da jih lahko sprosti samo svetloba s specifično energijo. Če svetloba s pravilno energijo zadene eno od kvantnih vdolbinic v matriki, se osvobojeni elektron pretaka skozi ločen čip nad matriko, ki se imenuje odkritje silicija, kjer je posnet. Računalnik s temi informacijami ustvari sliko infrardečega vira.
Nasina izvirna QWIP matrika je lahko zaznala infrardečo svetlobo z valovno dolžino med 8,4 in 9,0 mikrometrov. V novi različici je viden infrardeči od 8 do 12 mikrometrov. Napredek je bil mogoč, ker so lahko kvantne vdolbinice zasnovane tako, da zaznavajo svetlobo z različnimi nivoji energije z spreminjanjem sestave in debeline plasti materiala detektorja.
"Širok odziv tega niza, zlasti na daljinskem infrardečem območju - 8 do 12 mikrometrov - je ključnega pomena za infrardečo spektroskopijo," je dejal Jhabvala. Spektroskopija je analiza jakosti svetlobe pri različnih barvah predmeta. Za razliko od preproste fotografije, ki samo prikazuje videz predmeta, se spektroskopija uporablja za zbiranje podrobnejših informacij, kot so kemijska sestava predmeta, hitrost in smer gibanja. Spektroskopija se uporablja v kazenskih preiskavah; na primer, da povemo, ali se kemikalija, ki je bila najdena na oblačilih osumljenca, ujema z delom na kraju zločina in kako astronomi določajo, iz katerih zvezd so narejene, čeprav ni mogoče vzeti vzorca neposredno, zvezde pa so dolge tri milijone kilometrov.
Drugih aplikacij za nizov QWIP je veliko. Nekatere od teh aplikacij v NASA Goddard vključujejo: preučevanje temperature troposfere in stratosfere in določanje kemikalij v sledovih; meritve energijske bilance nadstreška dreves; merjenje emisij v oblaku, velikosti kapljic / delcev, sestave in višine; Emisije SO2 in aerosolov zaradi vulkanskih izbruhov; sledenje delcem prahu (npr. iz Saharske puščave); Absorpcija CO2; obalna erozija; oceanski / rečni toplotni gradienti in onesnaževanje; analiza radiometrov in druge znanstvene opreme, ki se uporablja za pridobivanje drobljenja tal in zajem podatkov o atmosferi; zemeljska astronomija; in temperaturno ozvočenje.
Možne komercialne aplikacije so zelo raznolike. Uporabnost nizov QWIP v medicinskih instrumentih je dobro dokumentirana (OmniCorder, Inc. v državi New York) in lahko postane eden najpomembnejših gonilnikov tehnologije QWIP. Uspeh uporabe OmniCorder Technologies pri uporabi 256 x 256 ozkopojasnih nizov QWIP za pomoč pri odkrivanju malignih tumorjev je izjemen.
Druge možne komercialne aplikacije za QWIP matrike vključujejo: lokacijo gozdnih požarov in preostalih toplih točk; lokacija nezaželenega posega v vegetacijo; spremljanje zdravja pridelkov; spremljanje kontaminacije, zrelosti in kvarjenja s predelavo hrane; lociranje napak v daljnovodu na oddaljenih območjih; spremljanje odtokov iz industrijskih dejavnosti, kot so papirnice, rudniške lokacije in elektrarne; infrardeča mikroskopija; iskanje najrazličnejših toplotnih puščanj in iskanje novih virov izvirske vode.
Nizi QWIP so relativno poceni, saj jih je mogoče izdelati s standardno polprevodniško tehnologijo, ki proizvaja silikonske čipe, ki jih povsod uporabljajo v računalnikih. Lahko jih naredimo tudi zelo velike, saj se GaA lahko gojijo v velikih ingotih, tako kot silicij.
Razvojna prizadevanja je vodil Center za instrumente in tehnologijo pri NASA Goddard. Armijski raziskovalni laboratorij (ARL), Adelphi, Md., Je bil ključnega pomena za teorijo, oblikovanje in izdelavo matrike QWIP, L3 / Cincinnati Electronics iz Mason-a, Ohio, pa je zagotovila odčitke in hibridizacijo silicija. To delo je zamislil in financiral Urad za znanost o tehnologiji Zemlje kot razvojni projekt napredne tehnološke komponente.
Izvirni vir: NASA News Release
