Najdokładniejszy czujnik podczerwieni na świecie

Najdokładniejszy czujnik podczerwieni na świecie

Naukowcy z należącego do NASA Goddard Space Flight Center stworzyli niedrogi detektor na podczerwień o znacznie szerszym zakresie przechwytywanych fal, niż obecnie znane czujniki tego typu.

Czujnik zwany w skrócie QWIP (Quantum Well Infrared Photodetector) został zbudowany już w 2003 roku i był to najlepszy czujnik podczerwieni na świecie (1 mln pikseli). Była to tania alternatywa dla konwencjonalnych technologii czujników podczerwieni, stosowanych w aplikacjach komercyjnych i naukowych. Ówczesna technologia pozwalała jednak wykrywać wąskie pasmo kolorów w podczerwieni – można by to porównać do czarno – białych zdjęć w tradycyjnej fotografii. Najnowsza wersja czujnika QWIP pozwala na operowanie w znacznie szerszym zakresie, przy niezmienionych gabarytach.

Oczywistym jest, że im szerszy zakres pracy czujnika, tym większe jest jego potencjalne zastosowanie – powiedział dr Murzy Jhabvala z centrum NASA. Światło podczerwone jest niewidzialne dla ludzkiego oka, większość jego typów jest generowane podczas emisji ciepła. Tradycyjny detektor podczerwieni posiada liczne komórki (piksele), które współdziałają z przychodzącymi cząstkami światła podczerwonego (fotony podczerwieni) i konwertują je do postaci prądu elektrycznego, który może być zmierzony i poddany analizie.

Im więcej pikseli zawiera czujnik, tym większa jest jego dokładność. Obecna wersja QWIP znacznie przewyższa poprzednią, rekordową liczbę 300 000 pikseli.

Detektor QWIP to półprzewodnikowy chip z arsenku galu (GaAs) z ponad 100 warstwami materiału detekcyjnego. Każda z warstw jest niezwykle cienka – od 10 do 700 grubości atomów. Warstwy te zostały tak zaprojektowane, że działają jak studnie kwantowe – pojęcie to pochodzi z dziedziny zwanej mechaniką kwantową.

Nowy czujnik opracowany przez naukowców z NASA jest w stanie wykryć światło podczerwone w zakresie fal od 8 do 12 mikrometrów. Poprawa własności była możliwa, ponieważ studnie kwantowe zostały zaprojektowane do detekcji światła dla różnych poziomów energetycznych. Dokonano tego dzięki zróżnicowaniu ułożenia i grubości warstw materiału detekcyjnego.

Jhabvala powiedział, że możliwość działania czujnika w szerszym zakresie, zwłaszcza w głębokiej podczerwieni ma kluczowe znaczenie dla spektroskopii podczerwieni. Spektroskopia jest to analiza intensywności światła dla różnych kolorów obserwowanych obiektów. Dzięki tej własności możliwe jest zebranie szczegółowych informacji o obiekcie, np. jego skład chemiczny, prędkość czy kierunek poruszania się. Spektroskopia bywa często wykorzystywana w kryminalistyce.

Inne potencjalne zastosowania najnowszego detektora QWIP są niezliczone: badanie temperatur w poszczególnych sferach powietrza, śledzenie przemieszczania się w nich chemikaliów, pomiary bilansu energetycznego roślin, pomiary wielkości cząstek, ich składu chemicznego i masy, pomiary emisji gazów wulkanicznych i cieplarnianych, skażenia środowiska, urządzenia medyczne i przemysłowe, wykrywanie wycieków w procesach produkcyjnych i elektrowniach, oraz wiele innych.

Technologia QWIP jest stosunkowo niedroga, ponieważ urządzenia te są wytwarzane przy wykorzystywaniu standardowych technik półprzewodnikowych, takich jakie wykorzystuje się przy produkcji procesorów.

(lz)