ภาพอินฟราเรดของนักวิจัยของนาซา คลิกเพื่อดูภาพขยาย
การพัฒนาเครื่องตรวจจับอินฟราเรดนั้นเป็นประโยชน์ต่อดาราศาสตร์ NASA ได้พัฒนาทางเลือกที่ไม่แพงสำหรับเครื่องตรวจจับอินฟราเรดรุ่นก่อนหน้าซึ่งสามารถใช้ประโยชน์ได้มากมายบนโลก เครื่องตรวจจับนี้เรียกว่าอาร์เรย์ Quantum Well Infrared Photodetector (QWIP) และสามารถตรวจจับไฟป่าได้อย่างรวดเร็วตรวจจับการรั่วไหลของก๊าซและมีประโยชน์เชิงพาณิชย์อื่น ๆ อีกมากมาย
เครื่องตรวจจับราคาไม่แพงที่พัฒนาโดยทีมนำโดยองค์การนาซ่าสามารถมองเห็นแสงอินฟราเรดที่มองไม่เห็นในช่วง "สี" หรือความยาวคลื่น
เครื่องตรวจจับที่เรียกว่าอาร์เรย์ Quantum Well Infrared Photodetector (QWIP) เป็นอาร์เรย์อินฟราเรดที่ใหญ่ที่สุด (หนึ่งล้านพิกเซล) เมื่อประกาศโครงการในเดือนมีนาคม 2003 มันเป็นทางเลือกต้นทุนต่ำสำหรับเทคโนโลยีเครื่องตรวจจับอินฟราเรดทั่วไปในวงกว้าง ช่วงของการใช้งานทางวิทยาศาสตร์และเชิงพาณิชย์ อย่างไรก็ตามในขณะนั้นมันสามารถตรวจจับช่วงอินฟราเรดที่แคบได้เท่านั้นซึ่งเท่ากับการถ่ายภาพธรรมดาในแบบขาวดำ อาร์เรย์ QWIP ใหม่มีขนาดเท่ากัน แต่ตอนนี้สามารถรับรู้อินฟราเรดในช่วงกว้างได้
“ ความสามารถในการมองเห็นช่วงคลื่นยาวอินฟราเรดเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญที่จะเพิ่มการใช้เทคโนโลยี QWIP อย่างมาก” ดร. Murzy Jhabvala จากศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดกรีนเบลต์ Md. หัวหน้านักวิจัยของโครงการกล่าว
แสงอินฟราเรดนั้นมองไม่เห็นด้วยตามนุษย์ แต่บางชนิดนั้นถูกสร้างและรับรู้ว่าเป็นความร้อน เครื่องตรวจจับอินฟราเรดทั่วไปมีจำนวนเซลล์ (พิกเซล) ที่ทำงานกับอนุภาคขาเข้าของแสงอินฟราเรด (โฟตอนอินฟราเรด) และแปลงเป็นกระแสไฟฟ้าที่สามารถวัดและบันทึกได้ โดยหลักการแล้วมันมีความคล้ายคลึงกับเครื่องตรวจจับที่แปลงแสงที่มองเห็นได้ในกล้องดิจิตอล จำนวนพิกเซลที่สามารถวางบนเครื่องตรวจจับขนาดที่กำหนดยิ่งมีความละเอียดมากขึ้นและอาร์เรย์ QWIP ของนาซ่าจะเพิ่มขึ้นอย่างมากในอาร์เรย์ QWIP 300,000 พิกเซลก่อนหน้านี้ซึ่งเป็นขนาดที่ใหญ่ที่สุดที่มีอยู่ก่อนหน้านี้
เครื่องตรวจจับ QWIP ของ NASA เป็นชิปเซมิคอนดักเตอร์ Gallium Arsenide (GaAs) ที่มีวัสดุตรวจจับมากกว่า 100 ชั้นอยู่ด้านบน แต่ละชั้นบางมากตั้งแต่ 10 ถึง 700 อะตอมหนาและชั้นถูกออกแบบมาเพื่อทำหน้าที่เป็นหลุมควอนตัม
ควอนตัมเวลส์ใช้ฟิสิกส์แปลกประหลาดของโลกด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่เรียกว่ากลศาสตร์ควอนตัมเพื่อดักจับอิเล็กตรอนอนุภาคพื้นฐานที่นำกระแสไฟฟ้าเพื่อให้แสงที่มีพลังงานเฉพาะสามารถปลดปล่อยได้ หากแสงที่มีพลังงานที่ถูกต้องกระทบกับควอนตัมหลุมหนึ่งในอาเรย์อิเล็กตรอนอิสระจะไหลผ่านชิปที่แยกต่างหากเหนืออาร์เรย์ซึ่งเรียกว่าการอ่านซิลิกอนซึ่งจะถูกบันทึกไว้ คอมพิวเตอร์ใช้ข้อมูลนี้เพื่อสร้างภาพของแหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรด
อาร์เรย์ QWIP ดั้งเดิมของนาซ่าสามารถตรวจจับแสงอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นระหว่าง 8.4 และ 9.0 ไมโครเมตร รุ่นใหม่สามารถดูอินฟราเรดได้ระหว่าง 8 ถึง 12 ไมโครเมตร ความก้าวหน้าเป็นไปได้เพราะหลุมควอนตัมสามารถออกแบบเพื่อตรวจจับแสงที่มีระดับพลังงานที่แตกต่างกันโดยการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบและความหนาของชั้นวัสดุของเครื่องตรวจจับ
“ การตอบสนองอย่างกว้างขวางของอาเรย์นี้โดยเฉพาะในอินฟาเรดไกล - 8 ถึง 12 ไมโครเมตร - เป็นสิ่งสำคัญสำหรับสเปคตรัมอินฟราเรด” จาบราวากล่าว สเปกโทรสโกปีเป็นการวิเคราะห์ความเข้มของแสงที่สีต่าง ๆ จากวัตถุ แตกต่างจากภาพถ่ายธรรมดา ๆ ที่แสดงให้เห็นลักษณะของวัตถุสเปกโตรสโคปีถูกใช้เพื่อรวบรวมข้อมูลโดยละเอียดเช่นองค์ประกอบทางเคมีความเร็วและทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ สเปกโทรสโกปีใช้ในการสืบสวนคดีอาชญากรรม ตัวอย่างเช่นเพื่อบอกว่าสารเคมีที่พบในเสื้อผ้าของผู้ต้องสงสัยตรงกับที่เกิดเหตุหรือไม่และเป็นวิธีที่นักดาราศาสตร์กำหนดว่าดาวใดบ้างที่สร้างขึ้นแม้ว่าจะไม่มีวิธีการเก็บตัวอย่างโดยตรงกับดาวหลายล้านล้านไมล์
แอปพลิเคชันอื่น ๆ สำหรับอาร์เรย์ QWIP นั้นมีอยู่มากมาย ที่ NASA Goddard การใช้งานเหล่านี้ ได้แก่ การศึกษาอุณหภูมิของโทรโพสเฟียร์และสตราโตสเฟียร์และการระบุสารเคมีติดตาม การวัดสมดุลพลังงานของต้นไม้บนหลังคา การวัด emissivities ชั้นเมฆขนาดหยด / อนุภาคองค์ประกอบและความสูง การปล่อย SO2 และละอองลอยจากการระเบิดของภูเขาไฟ ติดตามฝุ่นละออง (จากทะเลทรายซาฮาราเช่น); การดูดซับ CO2 การกัดเซาะชายฝั่ง การไล่ระดับความร้อนของมหาสมุทรและแม่น้ำและมลพิษ วิเคราะห์ radiometers และอุปกรณ์วิทยาศาสตร์อื่น ๆ ที่ใช้ในการรับความจริงพื้นดินและการเก็บข้อมูลบรรยากาศ ดาราศาสตร์บนพื้นโลก และทำให้เกิดเสียงอุณหภูมิ
แอพพลิเคชั่นทางการค้านั้นมีความหลากหลาย ยูทิลิตี้ของอาร์เรย์ QWIP ในเครื่องมือแพทย์นั้นได้รับการบันทึกไว้เป็นอย่างดี (OmniCorder, Inc. ใน N.Y. ) และอาจกลายเป็นหนึ่งในไดรเวอร์ QWIP ที่สำคัญที่สุดของเทคโนโลยี ความสำเร็จของ OmniCorder Technologies ใช้อาร์เรย์ QWIP แบบแบนด์วิดท์ขนาด 256 x 256 เพื่อช่วยในการตรวจหาเนื้องอกร้ายนั้นน่าทึ่งมาก
การใช้งานเชิงพาณิชย์อื่น ๆ ที่มีศักยภาพสำหรับอาร์เรย์ QWIP รวมถึง: ตำแหน่งของไฟไหม้ป่าและจุดที่อบอุ่นที่เหลือ; สถานที่ตั้งของการบุกรุกพืชผักที่ไม่พึงประสงค์; การตรวจสอบสุขภาพพืชผล การตรวจสอบการปนเปื้อนในอาหารการแปรรูปความสุกและการเน่าเสีย การค้นหาความล้มเหลวของหม้อแปลงสายไฟในพื้นที่ห่างไกล การตรวจสอบน้ำทิ้งจากการดำเนินงานอุตสาหกรรมเช่นโรงงานกระดาษสถานที่ทำเหมืองและโรงไฟฟ้า กล้องจุลทรรศน์อินฟราเรด ค้นหาการรั่วไหลของความร้อนที่หลากหลายและค้นหาแหล่งน้ำพุร้อนแห่งใหม่
อาร์เรย์ QWIP มีราคาไม่แพงนักเนื่องจากสามารถประดิษฐ์ได้โดยใช้เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์มาตรฐานที่ผลิตชิปซิลิกอนที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ทุกที่ พวกเขายังสามารถทำให้มีขนาดใหญ่มากเพราะ GaAs สามารถปลูกในแท่งขนาดใหญ่เช่นเดียวกับซิลิกอน
ความพยายามในการพัฒนานำโดยศูนย์ระบบและเครื่องมือที่นาซาก็อดดาร์ด กองทัพวิจัยห้องปฏิบัติการ (ARL), Adelphi, Md. เป็นเครื่องมือในทฤษฎีการออกแบบและการผลิตของอาร์เรย์ QWIP และ L3 / Cincinnati Electronics ของเมสัน, โอไฮโอให้การอ่านซิลิกอนและการผสมพันธุ์ งานนี้เกิดขึ้นและได้รับทุนจากสำนักงานเทคโนโลยีวิทยาศาสตร์โลกในฐานะโครงการพัฒนาเทคโนโลยีส่วนประกอบขั้นสูง
แหล่งที่มาดั้งเดิม: NASA News Release
