Infracrvena slika NASA-inog istraživača. Klikni za veću sliku
Razvoj infracrvenih detektora bio je blagodati astronomiji. NASA je razvila jeftinu alternativu prethodnim infracrvenim detektorima, koji bi ovdje na Zemlji mogli pronaći mnoge svrhe. Detektor se naziva kvantni foto-infracrveni foto-detektorski sklop (QWIP) i mogao bi brzo uočiti šumske požare, otkriti istjecanje plina i imati mnoge druge komercijalne svrhe.
Jeftini detektor koji je razvio NASA-in tim sada može vidjeti nevidljivo infracrveno svjetlo u rasponu "boja" ili valnih duljina.
Detektor, nazvan Quantum Well Infrared Fhotodetector (QWIP) nizom, bio je najveći svjetski infracrveni niz (milion piksela) kada je projekt najavljen u ožujku 2003. Bio je jeftina alternativa konvencionalnoj tehnologiji infracrvenih detektora za široku raspon znanstvenih i komercijalnih primjena. Međutim, u to je vrijeme mogao otkriti samo uski raspon infracrvenih boja, što je jednako uobičajenoj fotografiji u samo crno-bijeloj boji. Novi QWIP niz je iste veličine, ali sada može osjetiti infracrvenu vezu u širokom rasponu.
"Sposobnost da se uvidi raspon infracrvenih valnih duljina važan je napredak koji će uvelike povećati potencijalnu upotrebu QWIP tehnologije", rekao je dr. Murzy Jhabvala iz NASA-inog centra za svemirske letove Goddard, Greenbelt, Md., Glavni istraživač projekta.
Infracrvena svjetlost je ljudskom oku nevidljiva, ali neke vrste nastaju i percipiraju kao toplina. Konvencionalni infracrveni detektor ima niz ćelija (piksela) koje komuniciraju s dolaznom česticom infracrvene svjetlosti (infracrveni foton) i pretvaraju je u električnu struju koja se može mjeriti i snimati. U principu su slični detektorima koji pretvaraju vidljivu svjetlost u digitalni fotoaparat. Što se više piksela može postaviti na detektor određene veličine, veća je razlučivost i NASA-in QWIP nizovi su značajan napredak u odnosu na ranije QWIP matrice od 300.000 piksela, prethodno najveće dostupne.
NASA-in QWIP detektor je poluvodički čip Gallium Arsenide (GaAs) s preko 100 slojeva materijala detektora na vrhu. Svaki sloj je izuzetno tanak, kreće se od 10 do 700 atoma, a slojevi su dizajnirani da djeluju kao kvantne jažice.
Kvantne jažice koriste bizarnu fiziku mikroskopskog svijeta, zvanu kvantna mehanika, za hvatanje elektrona, osnovnih čestica koje nose električnu struju, tako da ih može osloboditi samo svjetlo sa specifičnom energijom. Ako svjetlost s ispravnom energijom pogodi jednu od kvantnih jažica u nizu, oslobođeni elektron teče kroz poseban čip iznad matrice, nazvan očitavanje silicija, gdje je i snimljen. Računalo koristi ove informacije za stvaranje slike infracrvenog izvora.
NASA-in izvorni QWIP niz mogao je otkriti infracrveno svjetlo valne duljine između 8,4 i 9,0 mikrometara. Nova verzija može vidjeti infracrveno područje između 8 i 12 mikrometara. Napredak je bio moguć, jer se kvantne jažice mogu oblikovati tako da otkrivaju svjetlost s različitim energetskim razinama mijenjanjem sastava i debljine slojeva materijala detektorskih materijala.
"Široki odziv ovog niza, posebno na udaljenom infracrvenom području - 8 do 12 mikrometara - presudan je za infracrvenu spektroskopiju", rekao je Jhabvala. Spektroskopija je analiza intenziteta svjetlosti u različitim bojama od objekta. Za razliku od jednostavne fotografije koja samo prikazuje izgled objekta, spektroskopija se koristi za prikupljanje detaljnijih informacija poput kemijskog sastava, brzine i smjera kretanja. Spektroskopija se koristi u kriminalističkim istraživanjima; na primjer, reći ako se kemikalija pronađena na odjeći osumnjičenog podudara s onom na mjestu zločina, i kako astronomi određuju od čega su napravljene zvijezde, iako nema načina da se izravno uzmu uzorak, a zvijezde su udaljene mnogo trilijuna milja.
Ostale aplikacije za QWIP nizove su brojne. U NASA Goddard, neke od ovih aplikacija uključuju: proučavanje temperature troposfere i stratosfere i identificiranje kemikalija u tragovima; mjerenja energetske bilance nadstrešnice stabala; mjerenje emisija oblaka sloja, veličine kapljica / čestica, sastava i visine; Emisije SO2 i aerosola uslijed vulkanskih erupcija; praćenje čestica prašine (iz pustinje Sahara, npr.); Apsorpcija CO2; obalna erozija; okeanski / riječni toplinski gradijenti i zagađenje; analiza radiometara i druge znanstvene opreme koja se koristi za dobivanje drobljenja tla i prikupljanje podataka o atmosferi; zemaljska astronomija; i temperaturno ozvučenje.
Potencijalne komercijalne aplikacije su vrlo raznolike. Korisnost QWIP nizova u medicinskom instrumentaciji je dobro dokumentirana (OmniCorder, Inc., NY) i može postati jedan od najznačajnijih pokretača QWIP tehnologije. Uspjeh OmniCorder Technologies koristi 256-256 uskopojasni QWIP niz za pomoć u otkrivanju zloćudnih tumora prilično je zapažen.
Ostale potencijalne komercijalne aplikacije za QWIP polja uključuju: mjesto šumskih požara i zaostalih toplih mjesta; mjesto neželjenog ometanja vegetacije; nadzor zdravlja usjeva; praćenje kontaminacije, zrelosti i kvarenja u preradi hrane; lociranje kvarova dalekovoda u udaljenim područjima; nadziranje otpadnih voda iz industrijskih operacija kao što su tvornice papira, rudarska nalazišta i elektrane; infracrvena mikroskopija; u potrazi za širokim rasponom termičkih curenja i lociranjem novih izvora izvorske vode.
QWIP nizovi relativno su jeftini jer se mogu proizvesti korištenjem standardne poluvodičke tehnologije koja proizvodi silikonske čipove koji se koriste svugdje na računalima. Oni se također mogu napraviti vrlo veliki, jer se GaAs mogu uzgajati u velikim ingotima, baš kao i silicij.
Napori u razvoju vodili su Instrumentni sustav i tehnološki centar pri NASA Goddard. Armijska istraživačka laboratorija (ARL), Adelphi, Md., Bila je presudna u teoriji, dizajnu i izradi QWIP matrice, a L3 / Cincinnati Electronics iz Masona, Ohio, osigurao je očitavanje i hibridizaciju silicija. Ovaj je rad zamišljen i financiran od strane Ureda za znanost o Zemlji kao projekt razvoja naprednih komponentnih tehnologija.
Izvorni izvor: NASA News Release
