Bir NASA araştırmacısının kızılötesi görüntüsü. Büyütmek için tıklayın
Kızılötesi dedektörlerin geliştirilmesi astronomi için bir nimet olmuştur. NASA, burada Dünya'da birçok kullanım bulabilen önceki kızılötesi dedektörlere ucuz bir alternatif geliştirdi. Dedektöre Quantum Well Infrared Photodetector (QWIP) dizisi denir ve orman yangınlarını hızlı bir şekilde tespit edebilir, gaz kaçaklarını tespit edebilir ve diğer birçok ticari kullanıma sahip olabilir.
NASA liderliğindeki bir ekip tarafından geliştirilen ucuz bir dedektör, artık bir dizi “renk” veya dalga boyunda görünmez kızılötesi ışığı görebiliyor.
Quantum Well Infrared Photodetector (QWIP) dizisi olarak adlandırılan dedektör, proje Mart 2003'te duyurulduğunda dünyanın en büyük (bir milyon piksel) kızılötesi dizisiydi. Geniş bir şekilde geleneksel kızılötesi dedektör teknolojisine düşük maliyetli bir alternatifti. bilimsel ve ticari uygulamalar. Bununla birlikte, o zaman sadece siyah beyaz geleneksel bir fotoğraf yapmaya eşdeğer olan dar bir kızılötesi renk aralığını tespit edebiliyordu. Yeni QWIP dizisi aynı boyuttadır ancak artık geniş bir aralıkta kızılötesi algılayabilir.
NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nden Greenbelt, Md., Projenin Baş Araştırmacısı Dr.
Kızılötesi ışık insan gözü tarafından görülemez, ancak bazı tipler ısı tarafından üretilir ve ısı olarak algılanır. Geleneksel bir kızılötesi dedektör, gelen kızılötesi ışık parçacığı (kızılötesi foton) ile etkileşime giren ve ölçülebilen ve kaydedilebilen bir elektrik akımına dönüştüren birkaç hücreye (piksel) sahiptir. Prensip olarak, dijital kamerada görünür ışığı dönüştüren dedektörlere benzerler. Belirli bir boyuttaki bir dedektöre yerleştirilebilecek piksel sayısı arttıkça çözünürlük de artar ve NASA'nın QWIP dizileri, önceden mevcut olan en büyük 300.000 piksel QWIP dizileri üzerinde önemli bir ilerlemedir.
NASA’nın QWIP dedektörü, üzerinde 100 katmandan fazla dedektör malzemesi bulunan Galyum Arsenid (GaAs) yarı iletken çipidir. Her katman 10 ila 700 atom kalınlığında son derece incedir ve katmanlar kuantum kuyuları olarak işlev görmek üzere tasarlanmıştır.
Kuantum kuyuları, elektrik akımı taşıyan temel parçacıklar olan elektronları yakalamak için kuantum mekaniği adı verilen mikroskobik dünyanın tuhaf fiziğini kullanır, böylece sadece belirli bir enerjiye sahip ışık onları serbest bırakır. Doğru enerjiye sahip ışık dizideki kuantum kuyucuklarından birine çarparsa, serbest elektron dizinin üzerinde, silindiği silikon okuması adı verilen ayrı bir yongadan akar. Bilgisayar bu bilgileri kızılötesi kaynağının bir görüntüsünü oluşturmak için kullanır.
NASA’nın orijinal QWIP dizisi, dalga boyu 8.4 ile 9.0 mikrometre arasında olan kızılötesi ışığı algılayabilir. Yeni sürüm, 8 ila 12 mikrometre arasında kızılötesi görebilir. İlerleme mümkün olmuştur çünkü kuantum kuyuları, dedektör malzeme tabakalarının bileşimini ve kalınlığını değiştirerek farklı enerji seviyelerine sahip ışığı algılayacak şekilde tasarlanabilir.
Jhabvala, “Bu dizinin, özellikle uzak kızılötesi - 8 ila 12 mikrometre - geniş tepkisi kızılötesi spektroskopi için çok önemlidir” dedi. Spektroskopi, bir nesneden farklı renklerde ışığın yoğunluğunun bir analizidir. Sadece bir nesnenin görünümünü gösteren basit bir fotoğraftan farklı olarak, spektroskopi, nesnenin kimyasal bileşimi, hızı ve hareket yönü gibi daha ayrıntılı bilgi toplamak için kullanılır. Spektroskopi cezai soruşturmalarda kullanılır; örneğin, bir şüphelinin giysisinde bulunan bir kimyasalın bir suç mahallindekiyle eşleşip eşleşmediğini ve astronomların, doğrudan bir örnek almanın bir yolu olmasa da, yıldızların trilyonlarca kilometre uzakta olmasına rağmen, yıldızların hangi yıldızlardan yapıldığını nasıl belirlediğini söylemek için.
QWIP dizileri için diğer uygulamalar çoktur. NASA Goddard'da bu uygulamalardan bazıları şunlardır: troposfer ve stratosfer sıcaklıklarının incelenmesi ve eser kimyasalların tanımlanması; ağaç gölgelik enerji dengesi ölçümleri; bulut tabakası emisyonlarının, damlacık / parçacık büyüklüğünün, bileşiminin ve yüksekliğinin ölçülmesi; Volkanik patlamalardan kaynaklanan SO2 ve aerosol emisyonları; toz parçacıklarının izlenmesi (örneğin Sahra Çölü'nden); CO2 emilimi; kıyı erozyonu; okyanus / nehir termal gradyanları ve kirliliği; yer doğrulaması ve atmosferik veri toplamada kullanılan radyometrelerin ve diğer bilimsel ekipmanların analiz edilmesi; yer temelli astronomi; ve sıcaklık sondajı.
Potansiyel ticari uygulamalar oldukça çeşitlidir. QWIP dizilerinin tıbbi enstrümantasyondaki kullanımı iyi belgelenmiştir (N.Y.'de OmniCorder, Inc.) ve en önemli QWIP teknolojisi sürücülerinden biri olabilir. OmniCorder Technologies'in malign tümörlerin saptanmasına yardımcı olmak için 256 x 256 dar bant QWIP dizilerinin kullanımındaki başarısı oldukça dikkat çekicidir.
QWIP dizileri için diğer potansiyel ticari uygulamalar şunlardır: orman yangınlarının ve artık sıcak noktaların yeri; istenmeyen bitki örtüsünün yeri; mahsul sağlığının izlenmesi; gıda işleme kontaminasyonunun, olgunluğunun ve bozulmasının izlenmesi; uzak bölgelerde güç hattı trafosu arızalarının bulunması; kağıt fabrikaları, madencilik sahaları ve enerji santralleri gibi endüstriyel işlemlerden çıkan sıvıların izlenmesi; kızılötesi mikroskopi; çok çeşitli termal sızıntılar aramak ve yeni kaynak suyu kaynakları bulmak.
QWIP dizileri nispeten ucuzdur, çünkü her yerde bilgisayarlarda kullanılan silikon yongaları üreten standart yarı iletken teknolojisi kullanılarak üretilebilirler. Ayrıca çok büyük yapılabilirler, çünkü GaA'lar tıpkı silikon gibi büyük külçelerde yetiştirilebilir.
Geliştirme çabası NASA Goddard'daki Enstrüman Sistemleri ve Teknoloji Merkezi tarafından yönetildi. Ordu Araştırma Laboratuvarı (ARL), Adelphi, Md., QWIP dizisinin teorisi, tasarımı ve imalatında etkili olmuştur ve Ohio'daki Mason, L3 / Cincinnati Electronics silikon okuma ve hibridizasyonu sağlamıştır. Bu çalışma, Dünya Bilim Teknoloji Ofisi için Gelişmiş Bileşen Teknolojisi geliştirme projesi olarak tasarlandı ve finanse edildi.
Orijinal Kaynak: NASA Haber Bülteni
