Infraraudonųjų spindulių NASA tyrėjo vaizdas. Spustelėkite norėdami padidinti
Infraraudonųjų spindulių detektorių tobulinimas buvo astronomijos pagrindas. NASA sukūrė nebrangią alternatyvą ankstesniems infraraudonųjų spindulių detektoriams, kuriuos čia, Žemėje, galima rasti daug. Detektorius vadinamas „Quantum Well Infrared Photodetector“ (QWIP) masyvu, kuris gali greitai pastebėti miškų gaisrus, aptikti dujų nutekėjimą ir turėti daugybę kitų komercinių reikmių.
Nebrangus detektorius, kurį sukūrė NASA vadovaujama komanda, dabar gali pamatyti nematomą infraraudonųjų spindulių šviesą „spalvų“ ar bangų ilgių diapazone.
Detektorius, vadinamas Quantum Well Infrared Photodetector (QWIP) masyvu, buvo didžiausias pasaulyje (vienas milijonas pikselių) infraraudonųjų spindulių masyvas, kai projektas buvo paskelbtas 2003 m. Kovo mėn. Tai buvo nebrangi alternatyva įprastoms infraraudonųjų spindulių detektorių technologijai plačiai. mokslinio ir komercinio taikymo spektras. Tačiau tuo metu jis galėjo aptikti tik siaurą infraraudonųjų spindulių spalvų diapazoną, prilygstantį įprastos nuotraukos darymui tik nespalvotai. Naujas QWIP rinkinys yra tokio paties dydžio, tačiau dabar gali pajusti infraraudonųjų spindulių ryšį plačiame diapazone.
„Galimybė pamatyti įvairius infraraudonųjų spindulių bangos ilgio diapazonus yra svarbus žingsnis, kuris žymiai padidins galimą QWIP technologijos naudojimą“, - sakė dr. Murzy Jhabvala iš NASA Goddard kosminių skrydžių centro, Greenbelt, Md, vyriausiasis projekto tyrėjas.
Infraraudonųjų spindulių šviesa yra nematoma žmogaus akiai, tačiau kai kuriuos tipus jos sukuria ir suvokia kaip šilumą. Įprastas infraraudonųjų spindulių detektorius turi daugybę ląstelių (taškų), kurios sąveikauja su įeinančia infraraudonosios šviesos dalele (infraraudonuoju fotonu) ir paverčia ją elektros srove, kurią galima išmatuoti ir įrašyti. Iš esmės jie yra panašūs į detektorius, kurie konvertuoja matomą šviesą skaitmeniniame fotoaparate. Kuo daugiau taškų gali būti dedama į nustatyto dydžio detektorių, tuo didesnė skiriamoji geba, o NASA QWIP masyvai yra reikšmingas pažangumas, palyginti su ankstesnėmis 300 000 pikselių QWIP matricomis, anksčiau buvusiomis didžiausiomis.
NASA QWIP detektorius yra „Gallium Arsenide“ (GaAs) puslaidininkinis lustas, kurio viršuje yra daugiau nei 100 sluoksnių detektoriaus. Kiekvienas sluoksnis yra ypač plonas, nuo 10 iki 700 atomų storio, o sluoksniai yra skirti veikti kaip kvantiniai šuliniai.
Kvantiniuose šuliniuose naudojama keista mikroskopinio pasaulio fizika, vadinama kvantine mechanika, kad sugautų elektronus - pagrindines daleles, pernešančias elektros srovę, kad jas galėtų išlaisvinti tik šviesa su tam tikra energija. Jei tinkamos energijos šviesa pasiekia vieną iš kvantinių šulinių masyve, išlaisvintas elektronas teka per atskirą mikroschemą, esančią virš matricos, vadinamą silicio rodmeniu, kur jis užregistruojamas. Kompiuteris naudoja šią informaciją norėdamas sukurti infraraudonųjų spindulių šaltinio atvaizdą.
Originalus NASA QWIP matricas galėjo aptikti infraraudonąją šviesą, kurios bangos ilgis yra nuo 8,4 iki 9,0 mikrometrų. Naujojoje versijoje infraraudonieji spinduliai gali būti nuo 8 iki 12 mikrometrų. Tai buvo įmanoma, nes kvantiniai šuliniai gali būti suprojektuoti aptikti skirtingo energijos lygio šviesą keičiant detektoriaus medžiagos sluoksnių sudėtį ir storį.
„Platus šio masyvo, ypač tolimojo infraraudonųjų spindulių, atsakas - nuo 8 iki 12 mikrometrų - yra labai svarbus infraraudonųjų spindulių spektroskopijai“, - sakė Jhabvala. Spektroskopija yra skirtingų spalvų šviesos intensyvumo nuo objekto analizė. Skirtingai nuo paprastos nuotraukos, kurioje tik parodomas objekto vaizdas, spektroskopija naudojama norint surinkti išsamesnę informaciją, pvz., Objekto cheminę sudėtį, greitį ir judėjimo kryptį. Spektroskopija naudojama atliekant kriminalinius tyrimus; pavyzdžiui, pasakyti, ar įtariamojo drabužiuose rasta cheminė medžiaga atitinka nusikaltimo vietoje nustatytą cheminę medžiagą, ir tai, kaip astronomai nustato, iš kokių žvaigždžių pagamintos žvaigždės, net jei nėra galimybės tiesiogiai paimti mėginio, nes žvaigždės yra daug trilijonų mylių atstumu.
Kitos QWIP matricų programos yra daugybė. Kai kurios iš šių programų NASA Goddard'e apima: troposferos ir stratosferos temperatūrų tyrimus ir pėdsakų cheminių medžiagų nustatymą; medžio baldakimo energijos balanso matavimai; išmatuoti debesies sluoksnio išmetimai, lašelių / dalelių dydis, sudėtis ir aukštis; Iš vulkanų išsiveržimų išmetamas SO2 ir aerozolių kiekis; sekti dulkių daleles (pvz., iš Sacharos dykumos); CO2 absorbcija; pakrančių erozija; vandenynų / upių terminiai gradientai ir tarša; analizuoti radiometrus ir kitą mokslinę įrangą, naudojamą žemės paviršiaus tyrimams ir atmosferos duomenims gauti; antžeminė astronomija; ir temperatūros skambėjimas.
Galimos komercinės programos yra labai įvairios. QWIP masyvų naudingumas medicinos prietaisuose yra gerai dokumentuotas (OmniCorder, Inc., N.Y.) ir gali tapti vienu reikšmingiausių QWIP technologijos variklių. „OmniCorder Technologies“ sėkmė naudojant 256 x 256 siauros juostos QWIP masyvus padeda nustatyti piktybinius navikus yra gana nuostabi.
Kitos galimos komercinės QWIP matricų taikymo sritys: miško gaisrų ir likusių šiltų vietų nustatymas; nepageidaujamo augalijos įsiskverbimo vieta; pasėlių sveikatos stebėjimas; maisto perdirbimo užteršimo, prinokimo ir sugadinimo stebėjimas; elektros energijos transformatoriaus gedimų nustatymas atokiose vietose; pramoninių operacijų, tokių kaip popieriaus gamyklos, kasybos aikštelės ir elektrinės, nuotekų stebėjimas; infraraudonųjų spindulių mikroskopija; įvairiausių šiluminių nuotėkių paieška ir naujų šaltinio šaltinių paieška.
QWIP matricos yra palyginti nebrangios, nes jas galima gaminti naudojant standartinę puslaidininkių technologiją, iš kurios gaminami silicio lustai, naudojami visur kompiuteriuose. Jie taip pat gali būti labai dideli, nes GaAs gali būti auginami dideliuose luituose, kaip ir silicyje.
Vystymo pastangoms vadovavo NASA Goddardo instrumentų sistemų ir technologijų centras. Armijos tyrimų laboratorija (ARL), Adelfis, Md., Padėjo QWIP matricos teorijoje, projektavime ir gamyboje, o silicio rodmenis ir hibridizaciją pateikė L3 / Cincinnati Electronics of Mason, Ohajas. Šis darbas buvo sumanytas ir finansuotas Žemės mokslo technologijos biuro kaip Pažangių komponentų technologijos plėtros projektas.
Originalus šaltinis: NASA naujienų leidinys
