Infračervený snímek výzkumníka NASA. Klikni pro zvětšení
Vývoj infračervených detektorů byl přínosem pro astronomii. NASA vyvinula levnou alternativu k předchozím infračerveným detektorům, které by zde na Zemi našly mnoho využití. Detektor se nazývá pole kvantového dobře infračerveného fotodetektoru (QWIP) a mohl by rychle najít lesní požáry, detekovat úniky plynu a mít mnoho dalších komerčních využití.
Levný detektor vyvinutý týmem vedeným NASA nyní může vidět neviditelné infračervené světlo v řadě „barev“ nebo vlnových délek.
Detektor, nazývaný pole kvantového dobře infračerveného fotodetektoru (QWIP), byl při vyhlášení projektu v březnu 2003 největším infračerveným polem (jeden milion pixelů) na světě. Jednalo se o nízkonákladovou alternativu ke konvenční technologii infračerveného detektoru pro širokou veřejnost řada vědeckých a komerčních aplikací. V té době však bylo možné detekovat pouze úzký rozsah infračervených barev, což odpovídá tomu, aby se běžná fotografie vyráběla pouze v černé a bílé. Nové pole QWIP má stejnou velikost, ale nyní může snímat infračervené záření v širokém rozsahu.
"Schopnost vidět řadu infračervených vlnových délek je důležitým pokrokem, který výrazně zvýší potenciální využití technologie QWIP," řekl dr. Murzy Jhabvala z Goddard Space Flight Center NASA, Greenbelt, MD, hlavní řešitel projektu.
Infračervené světlo je pro lidské oko neviditelné, ale některé typy jsou vytvářeny a vnímány jako teplo. Konvenční infračervený detektor má množství buněk (pixelů), které interagují s přicházející částicí infračerveného světla (infračervený foton) a přeměňují jej na elektrický proud, který lze měřit a zaznamenávat. V zásadě jsou podobné detektorům, které převádějí viditelné světlo v digitálním fotoaparátu. Čím více pixelů lze umístit na detektor dané velikosti, tím větší je rozlišení a pole QWIP NASA jsou významným pokrokem oproti dřívějším 300 000 pixelům QWIP, dříve největším dostupným.
Detektor QWIP NASA je polovodičový čip Gallium Arsenide (GaAs) s více než 100 vrstvami materiálu detektoru nahoře. Každá vrstva je extrémně tenká, pohybuje se v rozmezí od 10 do 700 atomů a vrstvy jsou navrženy tak, aby fungovaly jako kvantové jamky.
Kvantové studny využívají bizarní fyziku mikroskopického světa, nazývanou kvantová mechanika, k zachycení elektronů, základních částic, které přenášejí elektrický proud, takže je může uvolnit pouze světlo se specifickou energií. Pokud světlo se správnou energií zasáhne jednu z kvantových jamek v poli, uvolněný elektron proudí samostatným čipem nad polem, který se nazývá odečet křemíku, kde se zaznamenává. Počítač použije tyto informace k vytvoření obrazu infračerveného zdroje.
Původní pole QWIP NASA dokázalo detekovat infračervené světlo s vlnovou délkou mezi 8,4 a 9,0 mikrometry. Nová verze může vidět infračervené záření mezi 8 až 12 mikrometry. Pokrok byl možný, protože kvantové jamky mohou být navrženy tak, aby detekovaly světlo s různými hladinami energie změnou složení a tloušťky vrstev materiálu detektoru.
"Široká odezva tohoto pole, zejména v daleko infračervené oblasti - 8 až 12 mikrometrů - je pro infračervenou spektroskopii zásadní," uvedl Jhabvala. Spektroskopie je analýza intenzity světla v různých barvách od objektu. Na rozdíl od jednoduché fotografie, která pouze ukazuje vzhled objektu, se spektroskopie používá ke shromažďování podrobnějších informací, jako je chemické složení, rychlost a směr pohybu objektu. Spektroskopie se používá při vyšetřování trestných činů; Například, abychom zjistili, zda se chemikálie nalezená na podezřelém oblečení shoduje se situací na místě činu, a to je to, jak astronomové určují, z jakých hvězd jsou vyrobeny, i když neexistuje žádný způsob, jak odebrat vzorek přímo, s hvězdami vzdálenými mnoho bilionů mil.
Další aplikace pro pole QWIP jsou četné. V NASA Goddard některé z těchto aplikací zahrnují: studium teplot troposféry a stratosféry a identifikaci stopových chemikálií; měření energetické rovnováhy baldachýnu; měření emisivity oblakové vrstvy, velikosti kapiček / částic, složení a výšky; Emise SO2 a aerosolu z erupcí sopky; sledování prachových částic (např. ze saharské pouště); Absorpce CO2; pobřežní eroze; teplotní gradienty oceán / řeka a znečištění; analyzování radiometrů a jiných vědeckých zařízení používaných při získávání pozemních pravdivostí a získávání atmosférických dat; pozemní astronomie; a znějící teplota.
Potenciální komerční aplikace jsou velmi rozmanité. Užitečnost polí QWIP v lékařských přístrojích je dobře zdokumentována (OmniCorder, Inc. v N. Y.) a může se stát jedním z nejvýznamnějších ovladačů technologie QWIP. Úspěch technologie OmniCorder Technologies při použití 256x 256 úzkopásmových QWIP polí pro pomoc při detekci maligních nádorů je docela pozoruhodný.
Další potenciální komerční aplikace pro pole QWIP zahrnují: lokalizaci lesních požárů a zbytkových teplých míst; umístění nežádoucích zásahů do vegetace; sledování zdraví plodin; sledování kontaminace, zralosti a kazení při zpracování potravin; lokalizace poruch transformátoru elektrického vedení ve vzdálených oblastech; monitorování odpadních vod z průmyslových operací, jako jsou papírny, těžební provozy a elektrárny; infračervená mikroskopie; hledání široké škály tepelných úniků a nalezení nových zdrojů pramenité vody.
Pole QWIP jsou relativně levná, protože je lze vyrobit pomocí standardní polovodičové technologie, která produkuje křemíkové čipy používané v počítačích všude. Mohou být také velmi velké, protože GaAs lze pěstovat ve velkých ingotech, stejně jako křemík.
Vývojové úsilí vedlo Instrument Systems and Technology Center na NASA Goddard. Armádní výzkumná laboratoř (ARL), Adelphi, MD, byla nápomocna v teorii, designu a výrobě pole QWIP, a L3 / Cincinnati Electronics of Mason, Ohio, poskytovaly odečet křemíku a hybridizaci. Tato práce byla koncipována a financována Úřadem pro vědu o Zemi jako projekt rozvoje pokročilých komponentových technologií.
Původní zdroj: NASA News Release
