Imej inframerah penyelidik NASA. Klik untuk membesarkan
Perkembangan pengesan inframerah telah memberi kelebihan kepada astronomi. NASA telah mengembangkan alternatif yang murah daripada pengesan inframerah sebelumnya, yang dapat menemui banyak kegunaan di Bumi. Alat pengesan itu dinamakan array Photodetector Infrared Well Infrared (QWIP), dan dapat dengan cepat mengesan kebakaran hutan, mengesan kebocoran gas, dan memiliki banyak kegunaan komersial lainnya.
Alat pengesan yang tidak mahal yang dikembangkan oleh pasukan yang dipimpin NASA kini dapat melihat cahaya inframerah yang tidak terlihat dalam berbagai "warna," atau panjang gelombang.
Alat pengesan, yang disebut array Quodum Well Infrared Photodetector (QWIP), adalah array inframerah terbesar (satu juta piksel) di dunia ketika projek ini diumumkan pada bulan Mac 2003. Ia adalah alternatif kos rendah untuk teknologi pengesan inframerah konvensional untuk pelbagai pelbagai aplikasi saintifik dan komersial. Namun, pada waktu itu hanya dapat mengesan jarak warna inframerah yang sempit, setara dengan membuat foto konvensional hanya dengan warna hitam dan putih. Array QWIP baru adalah ukuran yang sama tetapi kini dapat merasakan inframerah dalam jarak yang luas.
"Keupayaan untuk melihat jarak panjang gelombang inframerah adalah kemajuan penting yang akan meningkatkan potensi penggunaan teknologi QWIP," kata Dr. Murzy Jhabvala dari Pusat Penerbangan Angkasa Goddard NASA, Greenbelt, Md., Penyelidik Utama untuk projek ini.
Cahaya inframerah tidak dapat dilihat oleh mata manusia, tetapi beberapa jenis dihasilkan oleh dan dianggap sebagai haba. Pengesan inframerah konvensional mempunyai sejumlah sel (piksel) yang berinteraksi dengan zarah cahaya inframerah yang masuk (foton inframerah) dan mengubahnya menjadi arus elektrik yang dapat diukur dan direkodkan. Prinsipnya serupa dengan pengesan yang menukar cahaya yang dapat dilihat dalam kamera digital. Semakin banyak piksel yang dapat diletakkan pada alat pengesan dengan ukuran tertentu, semakin besar resolusinya, dan tatasusunan QWIP NASA adalah kemajuan yang signifikan berbanding susunan QWIP 300.000 piksel sebelumnya, sebelumnya yang terbesar tersedia.
Pengesan QWIP NASA adalah cip semikonduktor Gallium Arsenide (GaAs) dengan lebih dari 100 lapisan bahan pengesan di atasnya. Setiap lapisan sangat tipis, antara 10 hingga 700 atom tebal, dan lapisannya dirancang untuk berfungsi sebagai sumur kuantum.
Telaga kuantum menggunakan fizik aneh dunia mikroskopik, yang disebut mekanik kuantum, untuk memerangkap elektron, zarah asas yang membawa arus elektrik, sehingga hanya cahaya dengan tenaga tertentu yang dapat melepaskannya. Sekiranya cahaya dengan tenaga yang betul memukul salah satu telaga kuantum dalam larik, elektron yang dibebaskan mengalir melalui cip terpisah di atas larik, yang disebut pembacaan silikon, di mana ia direkodkan. Komputer menggunakan maklumat ini untuk membuat gambar sumber inframerah.
Susunan QWIP asli NASA dapat mengesan cahaya inframerah dengan panjang gelombang antara 8,4 dan 9,0 mikrometer. Versi baru dapat melihat inframerah antara 8 hingga 12 mikrometer. Kemajuan mungkin dilakukan kerana sumur kuantum dapat dirancang untuk mengesan cahaya dengan tahap tenaga yang berbeza dengan mengubah komposisi dan ketebalan lapisan bahan pengesan.
"Tindak balas luas array ini, terutama pada inframerah jauh - 8 hingga 12 mikrometer - sangat penting untuk spektroskopi inframerah," kata Jhabvala. Spektroskopi adalah analisis intensiti cahaya pada warna yang berbeza dari objek. Tidak seperti foto sederhana yang hanya memperlihatkan kemunculan objek, spektroskopi digunakan untuk mengumpulkan maklumat yang lebih terperinci seperti komposisi kimia, kelajuan, dan arah gerakan objek. Spektroskopi digunakan dalam penyiasatan jenayah; sebagai contoh, untuk mengetahui sama ada bahan kimia yang terdapat pada pakaian suspek sesuai dengan tempat kejadian, dan bagaimana ahli astronomi menentukan bintang-bintang apa yang dibuat walaupun tidak ada cara untuk mengambil sampel secara langsung, dengan bintang-bintang jauhnya berjuta-juta batu.
Aplikasi lain untuk tatasusunan QWIP banyak. Di NASA Goddard, beberapa aplikasi ini termasuk: mengkaji suhu troposfera dan stratosfera dan mengenal pasti bahan kimia surih; pengukuran keseimbangan tenaga kanopi pokok; mengukur kebebasan lapisan awan, saiz, komposisi dan ketinggian titisan / zarah; SO2 dan pelepasan aerosol dari letusan gunung berapi; mengesan zarah debu (dari Gurun Sahara, mis.); Penyerapan CO2; hakisan pantai; kecerunan dan pencemaran terma laut / sungai; menganalisis radiometers dan peralatan saintifik lain yang digunakan dalam mendapatkan truthing tanah dan pemerolehan data atmosfera; astronomi berasaskan darat; dan bunyi suhu.
Aplikasi komersial yang berpotensi agak pelbagai. Kegunaan susunan QWIP dalam instrumen perubatan didokumentasikan dengan baik (OmniCorder, Inc. di NY) dan mungkin menjadi salah satu pemacu teknologi QWIP yang paling penting. Kejayaan penggunaan OmniCorder Technologies dari array QWIP jalur sempit 256 x 256 untuk membantu mengesan tumor malignan cukup luar biasa.
Aplikasi komersial berpotensi lain untuk susunan QWIP termasuk: lokasi kebakaran hutan dan sisa-sisa kawasan hangat; lokasi pencerobohan tumbuh-tumbuhan yang tidak diingini; memantau kesihatan tanaman; memantau pencemaran pemprosesan makanan, kematangan, dan kerosakan; mengesan kegagalan pengubah talian kuasa di kawasan terpencil; memantau efluen dari operasi perindustrian seperti kilang kertas, tapak perlombongan, dan loji janakuasa; mikroskop inframerah; mencari pelbagai kebocoran termal, dan mencari sumber baru mata air.
Susunan QWIP agak murah kerana boleh dibuat menggunakan teknologi semikonduktor standard yang menghasilkan cip silikon yang digunakan di komputer di mana sahaja. Mereka juga dapat dibuat sangat besar, kerana GaA dapat ditanam dalam jongkong besar, seperti silikon.
Usaha pembangunan dipimpin oleh Pusat Instrumen Sistem dan Teknologi di NASA Goddard. Laboratorium Penyelidikan Tentera Darat (ARL), Adelphi, Md., Berperanan dalam teori, reka bentuk, dan fabrikasi array QWIP, dan L3 / Cincinnati Electronics of Mason, Ohio, memberikan pembacaan dan hibridisasi silikon. Karya ini dirancang untuk, dan dibiayai oleh, Pejabat Teknologi Sains Bumi sebagai projek pembangunan Teknologi Komponen Lanjutan.
Sumber Asal: Siaran Berita NASA
