Інфрачервоне зображення дослідника NASA. Натисніть, щоб збільшити
Розробка інфрачервоних детекторів стала благом для астрономії. NASA розробила недорогу альтернативу попереднім інфрачервоним детекторам, які могли б знайти багато застосувань тут, на Землі. Детектор називається квантовим масивом інфрачервоного фотодетектора (QWIP), і він може швидко помітити лісові пожежі, виявити витоки газу та мати багато інших комерційних цілей.
Недорогий детектор, розроблений командою під керівництвом НАСА, тепер може бачити невидиме інфрачервоне світло в діапазоні "кольорів" або довжин хвиль.
Детектор, названий квантовим масивом інфрачервоного фотодетектора (QWIP), був найбільшим у світі інфрачервоним масивом (мільйон пікселів), коли проект був оголошений у березні 2003 року. Це була недорога альтернатива звичайній інфрачервоній детекторній технології для широких спектр наукових та комерційних застосувань. Однак у той час він міг виявляти лише вузький діапазон інфрачервоних кольорів, що еквівалентно зробити звичайну фотографію просто чорно-білою. Новий масив QWIP має той самий розмір, але тепер може чути інфрачервону передачу в широкому діапазоні.
"Можливість бачити діапазон інфрачервоних довжин хвиль - це важливий прогрес, який значно збільшить потенційне використання технології QWIP", - сказав доктор Мурзі Джабвала з Центру космічних польотів Годдарда NASA, Грінбельт, штат Вікторія, головний слідчий проекту.
Інфрачервоне світло невидиме для людського ока, але деякі види генеруються і сприймаються як тепло. Звичайний інфрачервоний детектор має ряд комірок (пікселів), які взаємодіють із вхідною частинкою інфрачервоного світла (інфрачервоний фотон) і перетворюють його на електричний струм, який можна виміряти та записати. Вони принципово схожі на детектори, які перетворюють видиме світло в цифрову камеру. Чим більше пікселів можна розмістити на детекторі заданого розміру, тим більша роздільна здатність і масиви QWIP НАСА є значним просуванням за попередні масиви QWIP 300 000 пікселів, раніше найбільші доступні.
Детектор QWIP НАСА - це напівпровідниковий мікросхем арсеніду галію (GaAs) з понад 100 шарами детекторного матеріалу. Кожен шар надзвичайно тонкий, товщиною від 10 до 700 атомів, і шари призначені для роботи в якості квантових лунок.
Квантові свердловини використовують химерну фізику мікроскопічного світу, звану квантовою механікою, для уловлювання електронів, фундаментальних частинок, які проводять електричний струм, так що лише світло з певною енергією може звільнити їх. Якщо світло з правильною енергією потрапляє в одну з квантових лунок в масиві, вивільнений електрон протікає через окремий мікросхему над масивом, який називається показанням кремнію, де він записується. Комп'ютер використовує цю інформацію для створення зображення інфрачервоного джерела.
Оригінальний QWIP-масив НАСА міг виявляти інфрачервоне світло з довжиною хвилі між 8,4 та 9,0 мікрометрами. У новій версії можна побачити інфрачервоний діапазон від 8 до 12 мікрометрів. Попередження було можливим, оскільки квантові лунки можуть бути розроблені для виявлення світла з різними рівнями енергії, змінюючи склад і товщину шарів детекторного матеріалу.
"Широка характеристика цього масиву, особливо в дальньому інфрачервоному діапазоні - 8 - 12 мікрометрів - має вирішальне значення для інфрачервоної спектроскопії", - сказав Джабвала. Спектроскопія - це аналіз інтенсивності світла в різних кольорах від об'єкта. На відміну від простої фотографії, яка лише показує зовнішній вигляд предмета, спектроскопія використовується для збору більш детальної інформації, як хімічний склад об'єкта, швидкість та напрямок руху. Спектроскопія застосовується в кримінальних розслідуваннях; наприклад, щоб сказати, чи відповідає хімікал, знайдений на одязі підозрюваного, на місці злочину, і як астрономи визначають, з яких зірок зроблені, хоча немає ніякого способу взяти зразок безпосередньо, від зірок багато трильйонів миль.
Інші програми для QWIP-масивів численні. У NASA Goddard деякі з цих застосувань включають: вивчення температури тропосфери та стратосфери та виявлення хімічних речовин у слідах; вимірювання балансу енергетичного балансу на балдахіні; вимірювання викидів хмарного шару, розміру крапель / частинок, складу та висоти; Викиди SO2 та аерозолю внаслідок виверження вулканів; відстеження частинок пилу (з пустелі Сахара, наприклад); Поглинання СО2; прибережна ерозія; океанські / річкові теплові градієнти та забруднення; аналіз радіометрів та іншого наукового обладнання, що застосовується для отримання ґрунтових дроблення та збору даних про атмосферу; наземна астрономія; і зондування температури.
Потенційні комерційні програми досить різноманітні. Корисність масивів QWIP в медичних інструментальних апаратах добре задокументована (OmniCorder, Inc., штат Нью-Йорк) і може стати одним із найважливіших драйверів технологій QWIP. Успіх використання OmniCorder Technologies використання 256-256 вузькосмугових масивів QWIP для допомоги у виявленні злоякісних пухлин є досить знаменним.
Інші потенційні комерційні програми для масивів QWIP включають: розташування лісових пожеж та залишків теплих плям; розташування небажаного посягання на рослинність; моніторинг здоров'я сільськогосподарських культур; моніторинг забруднення, стиглості та псування харчової промисловості; розміщення відмов трансформаторів електромережі у віддалених районах; моніторинг стічних вод від промислових операцій, таких як паперові заводи, гірничі майданчики та електростанції; інфрачервона мікроскопія; пошук широкого спектру теплових витоків та пошук нових джерел джерельної води.
QWIP-масиви відносно недорогі, оскільки їх можна виготовити за допомогою стандартної напівпровідникової технології, яка виробляє кремнієві мікросхеми, що використовуються в комп'ютерах скрізь. Вони також можуть бути дуже великими, оскільки GaA можна вирощувати у великих злитках, як кремній.
Намаганнями з розробки керував Центр приладів та технологій при NASA Goddard. Армійська дослідницька лабораторія (ARL), Adelphi, Md., Допомогла в теорії, дизайні та виготовленні масиву QWIP, а L3 / Cincinnati Electronics з Мейсона, штат Огайо, забезпечила обчислення і гібридизацію кремнію. Ця робота була задумана і профінансована Бюро з питань наукових технологій Землі як проект розвитку сучасних компонентів.
Оригінальне джерело: NASA News Release
