Инфрацрвена слика НАСА истраживача. Кликните за увећање
Развој инфрацрвених детектора био је благодат за астрономију. НАСА је развила јефтину алтернативу претходним инфрацрвеним детекторима, који би овде на Земљи могли да нађу бројне намене. Детектор се назива квантни фото-инфрацрвени фото-детекторски блок (КВИП) и може брзо да уочи шумске пожаре, открива цурење гаса и има много других комерцијалних намена.
Јефтини детектор који је развио НАСА-ин тим сада може видети невидљиво инфрацрвено светло у опсегу „боја“ или таласних дужина.
Детектор, назван Куантум Велл Инфраред Фхотодетецтор (КВИП) низ, био је највећи светски (милион пиксела) инфрацрвени низ када је пројекат најављен у марту 2003. Био је јефтина алтернатива конвенционалној технологији инфрацрвених детектора за широку употребу спектар научних и комерцијалних примена. Међутим, у то време је могао открити само уски распон инфрацрвених боја, што је еквивалентно прављењу конвенционалне фотографије у црно-белој боји. Нови КВИП низ је исте величине, али сада може осјетити инфрацрвену везу у широком распону.
"Способност да се види низ инфрацрвених таласних дужина важан је напредак који ће у великој мери повећати потенцијалну употребу КВИП технологије", рекао је др Мурзи Јхабвала из НАСА-иног центра за свемирске летове Годдард, Греенбелт, Мд., Главни истраживач овог пројекта.
Инфрацрвена светлост је невидљива људском оку, али неке врсте настају и доживљавају као топлота. Уобичајени инфрацрвени детектор има већи број ћелија (пиксела) које комуницирају са улазном честицом инфрацрвене светлости (инфрацрвени фотон) и претварају је у електричну струју која се може мерити и снимити. У принципу су слични детекторима који претварају видљиву светлост у дигитални фотоапарат. Што више пиксела може бити постављено на детектор одређене величине, већа је резолуција и НАСА-ин КВИП низови су значајан напредак у односу на раније КВИП матрице од 300.000 пиксела, претходно највеће доступне.
НАСА-ин КВИП детектор је Галлиум Арсениде (ГаАс) полупроводнички чип са преко 100 слојева детекторског материјала на врху. Сваки слој је изузетно танак, креће се од 10 до 700 атома, а слојеви су дизајнирани да делују као квантни бунари.
Квантне бушотине користе бизарну физику микроскопског света, звану квантна механика, за хватање електрона, основних честица које носе електричну струју, тако да их може ослободити само светлост са одређеном енергијом. Ако светлост са тачном енергијом погоди једну од квантних јажица у низу, ослобођени електрон тече кроз посебан чип изнад матрице, зван очитавање силицијума, где је и снимљен. Рачунар користи ове информације да би створио слику инфрацрвеног извора.
НАСА-ин оригинални КВИП низ могао би открити инфрацрвено светло са таласном дужином између 8,4 и 9,0 микрометара. Нова верзија може да види инфрацрвено подручје између 8 и 12 микрометара. Напредак је био могућ, јер квантни отвори могу бити дизајнирани тако да откривају светлост са различитим нивоима енергије, варирајући састав и дебљину слојева материјала детектора.
"Широки одзив овог низа, посебно на удаљеном инфрацрвеном нивоу - 8 до 12 микрометара - је пресудан за инфрацрвену спектроскопију", рекао је Јхабвала. Спектроскопија је анализа интензитета светлости у различитим бојама од објекта. За разлику од једноставне фотографије која само приказује изглед објекта, спектроскопија се користи за прикупљање детаљнијих информација попут хемијског састава, брзине и смера кретања. Спектроскопија се користи у кривичним истрагама; на пример, да се каже да ли се хемикалија пронађена на одећи осумњиченог поклапа са оном на месту злочина и како астрономи одређују од чега су направљене звезде иако нема начина да се директно узме узорак, а звезде су удаљене три билиона миља.
Остале апликације за КВИП матрице су бројне. У НАСА Годдард, неке од ових апликација укључују: проучавање температуре тропосфере и стратосфере и идентификацију хемијских супстанци у траговима; мерења енергетског биланса надстрешнице; мерење емисија облака слоја, величине капљица / честица, састава и висине; Емисије СО2 и аеросола услед вулканских ерупција; праћење честица прашине (из пустиње Сахара, нпр.); Апсорпција ЦО2; обална ерозија; океански / речни термички градијенти и загађење; анализу радиометара и друге научне опреме која се користи за добијање дробљења и прикупљања података о атмосфери; земаљска астрономија; и температурног сондирања
Потенцијалне комерцијалне апликације су прилично разнолике. Корисност КВИП низова у медицинској инструментацији је добро документована (ОмниЦордер, Инц., НИ) и може постати један од најзначајнијих покретача КВИП технологије. Успех ОмниЦордер Тецхнологиес у кориштењу 256 к 256 ускопојасни КВИП низови за помоћ у откривању злоћудних тумора је прилично запажен.
Остале потенцијалне комерцијалне апликације за КВИП поља укључују: локацију шумских пожара и заосталих топлих тачака; локација нежељеног ометања вегетације; праћење здравља усева; праћење контаминације, зрелости и кварења прераде хране; лоцирање кварова далековода у удаљеним подручјима; праћење отпадних вода из индустријских операција као што су фабрике папира, рударске локације и електране; инфрацрвена микроскопија; у потрази за широким спектром термичких цурења и лоцирањем нових извора изворске воде.
КВИП низови су релативно јефтини јер се могу произвести коришћењем стандардне полуводичке технологије која производи силиконске чипове који се користе на рачунару свуда. Такође се могу направити и веома велика, јер се ГаАс могу узгајати у великим инготовима, баш као и силицијум.
Напор у развоју водио је Инструментни систем и технолошки центар при НАСА Годдард. Армијска истраживачка лабораторија (АРЛ), Аделпхи, Мд., Била је пресудна у теорији, дизајну и изради КВИП матрице, а Л3 / Цинциннати Елецтроницс из Масон-а, Охио, обезбеђивала је очитавање и хибридизацију силицијума. Овај рад је замишљен и финансиран од стране Канцеларије за знаност о Земљи као пројекат развоја напредних компонентних технологија.
Изворни извор: НАСА Невс Релеасе
