Imagine în infraroșu a unui cercetător NASA. Faceți clic pentru a mări
Dezvoltarea detectoarelor cu infraroșu a reprezentat un aspect favorabil astronomiei. NASA a dezvoltat o alternativă ieftină la detectoarele infraroșii anterioare, care ar putea găsi multe utilizări aici pe Pământ. Detectorul poartă numele de fotodetector QWIP (Quantum Well Infrared Well) și ar putea detecta rapid incendii forestiere, detecta scurgeri de gaze și are multe alte utilizări comerciale.
Un detector ieftin dezvoltat de o echipă condusă de NASA poate vedea acum lumina infraroșie invizibilă într-o gamă de „culori” sau lungimi de undă.
Detectorul, numit tablou QWIP (Quantum Well Infrared Photodetector), a fost cel mai mare (un milion de pixeli) tablou infraroșu din lume când a fost anunțat proiectul în martie 2003. Era o alternativă cu costuri reduse la tehnologia convențională a detectorului cu infraroșu pentru o largă gama de aplicații științifice și comerciale. Cu toate acestea, la vremea respectivă, a putut detecta doar o gamă restrânsă de culori în infraroșu, echivalent cu realizarea unei fotografii convenționale doar în alb și negru. Noul tablou QWIP are aceeași dimensiune, dar acum poate sesiza infraroșu pe o gamă largă.
"Abilitatea de a vedea o serie de lungimi de undă în infraroșu este un avans important care va crește mult utilizările potențiale ale tehnologiei QWIP", a declarat dr. Murzy Jhabvala de la Centrul de zbor spațial Goddard al NASA, Greenbelt, Md., Investigator principal pentru proiect.
Lumina infraroșie este invizibilă pentru ochiul uman, dar unele tipuri sunt generate de și percepute ca căldură. Un detector de infraroșu convențional are o serie de celule (pixeli) care interacționează cu o particulă de lumină infraroșie (un foton cu infraroșu) și o transformă într-un curent electric care poate fi măsurat și înregistrat. În principiu, sunt similare cu detectoarele care transformă lumina vizibilă într-o cameră digitală. Cu cât sunt mai mulți pixeli care pot fi plasați pe un detector cu o dimensiune dată, cu atât rezoluția este mai mare, iar matricile QWIP ale NASA reprezintă un avans semnificativ față de matricile QWIP anterioare de 300.000 de pixeli, anterior cele mai mari disponibile.
Detectorul QWIP al NASA este un cip semiconductor Arsenide de Galliu (GaAs) cu peste 100 de straturi de material detector. Fiecare strat este extrem de subțire, cuprins între 10 și 700 de atomi grosime, iar straturile sunt concepute pentru a acționa ca puțuri cuantice.
Sondele cuantice folosesc fizica bizară a lumii microscopice, numită mecanică cuantică, pentru a prinde electroni, particulele fundamentale care transportă curent electric, astfel încât numai lumina cu o energie specifică le poate elibera. Dacă lumina cu energia corectă lovește unul dintre puțurile cuantice din tablou, electronul eliberat circulă printr-un cip separat deasupra tabloului, numit citire de siliciu, unde este înregistrat. Un computer folosește aceste informații pentru a crea o imagine a sursei infraroșii.
Matricea QWIP originală a NASA ar putea detecta lumina infraroșie cu o lungime de undă cuprinsă între 8,4 și 9,0 micrometri. Noua versiune poate vedea infraroșu între 8 și 12 micrometri. Avansul a fost posibil, deoarece puțurile cuantice pot fi proiectate pentru a detecta lumina cu diferite niveluri de energie, prin modificarea compoziției și grosimii straturilor de material detector.
„Răspunsul larg al acestui tablou, în special în infraroșu îndepărtat - 8 până la 12 micrometri - este crucial pentru spectroscopie infraroșu”, a spus Jhabvala. Spectroscopia este o analiză a intensității luminii la diferite culori de la un obiect. Spre deosebire de o simplă fotografie care arată doar aspectul unui obiect, spectroscopia este utilizată pentru a aduna informații mai detaliate precum compoziția chimică a obiectului, viteza și direcția mișcării. Spectroscopia este folosită în cercetările penale; de exemplu, pentru a spune dacă un produs chimic găsit pe îmbrăcămintea unui suspect se potrivește cu cel de la locul unei crime și este modul în care astronomii determină din ce stele sunt făcute, chiar dacă nu există nicio modalitate de a lua un eșantion direct, cu stelele aflate la multe trilioane de kilometri distanță.
Alte aplicații pentru matricile QWIP sunt numeroase. La Goddard NASA, unele dintre aceste aplicații includ: studierea temperaturilor din troposferă și stratosferă și identificarea urmelor chimice; măsurători ale echilibrului energetic al baldachinului copac; măsurarea emissivităților stratului de nor, dimensiunea picăturii / particulelor, compoziția și înălțimea; Emisiile de SO2 și aerosoli din erupțiile vulcanice; urmărirea particulelor de praf (din deșertul Sahara, de ex.); Absorbția de CO2; eroziune de coastă; gradienți termici ocean / râu și poluare; analiza radiometrelor și a altor echipamente științifice utilizate pentru obținerea truthingului la sol și achiziționarea datelor atmosferice; astronomie bazată pe sol; și sunetul temperaturii.
Aplicațiile comerciale potențiale sunt destul de diverse. Utilitatea tablourilor QWIP în instrumente medicale este bine documentată (OmniCorder, Inc. în N.Y.) și poate deveni unul dintre cei mai importanți drivere de tehnologie QWIP. Succesul folosirii OmniCorder Technologies a tablourilor QWIP cu bandă îngustă 256 x 256 pentru a ajuta la detectarea tumorilor maligne este destul de remarcabil.
Alte aplicații comerciale potențiale pentru tablourile QWIP includ: localizarea incendiilor forestiere și a punctelor calde reziduale; localizarea înrădăcinării vegetației nedorite; monitorizarea sănătății culturilor; monitorizarea contaminării procesului alimentar, a maturității și a stricării; localizarea defecțiunilor transformatorului de linie electrică în zone îndepărtate; monitorizarea efluenților din operațiunile industriale, cum ar fi fabricile de hârtie, siturile miniere și centralele electrice; microscopie infrarosie; căutarea unei mari varietăți de scurgeri termice și localizarea de noi surse de apă de izvor.
Matricile QWIP sunt relativ ieftine, deoarece pot fi fabricate folosind tehnologia standard semiconductor care produce cipurile de siliciu utilizate în computere peste tot. De asemenea, pot fi făcute foarte mari, deoarece GaAs pot fi cultivate în lingouri mari, la fel ca siliconul.
Efortul de dezvoltare a fost condus de Centrul de instrumente și tehnologie din cadrul NASA Goddard. Laboratorul de cercetare a armatei (ARL), Adelphi, Md., A fost instrumental în teoria, proiectarea și fabricarea tabloului QWIP, iar electronica L3 / Cincinnati din Mason, Ohio, a furnizat citirea și hibridizarea siliciului. Această lucrare a fost concepută și finanțată de Oficiul pentru Știința Pământului ca un proiect de dezvoltare a tehnologiei avansate a componentelor.
Sursa originală: Comunicat de presă al NASA
