Citra inframerah peneliti NASA. klik untuk memperbesar
Perkembangan detektor inframerah telah menjadi anugerah bagi astronomi. NASA telah mengembangkan alternatif murah untuk detektor inframerah sebelumnya, yang dapat menemukan banyak kegunaan di Bumi. Detektor ini disebut array Quantum Well Infrared Photodetector (QWIP), dan dapat dengan cepat mendeteksi kebakaran hutan, mendeteksi kebocoran gas, dan memiliki banyak kegunaan komersial lainnya.
Detektor murah yang dikembangkan oleh tim yang dipimpin NASA sekarang dapat melihat cahaya inframerah yang tak terlihat dalam berbagai "warna", atau panjang gelombang.
Detektor, yang disebut array Quantum Well Infrared Photodetector (QWIP), adalah array inframerah terbesar di dunia (satu juta-pixel) ketika proyek diumumkan pada Maret 2003. Itu adalah alternatif murah untuk teknologi detektor inframerah konvensional untuk berbagai berbagai aplikasi ilmiah dan komersial. Namun, pada saat itu hanya bisa mendeteksi kisaran sempit warna inframerah, setara dengan membuat foto konvensional hanya hitam dan putih. Array QWIP baru memiliki ukuran yang sama tetapi sekarang dapat merasakan inframerah dalam jangkauan luas.
"Kemampuan untuk melihat berbagai panjang gelombang inframerah adalah kemajuan penting yang akan sangat meningkatkan potensi penggunaan teknologi QWIP," kata Dr. Murzy Jhabvala dari Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard, NASA, Greenbelt, Md, Investigator Utama untuk proyek tersebut.
Cahaya inframerah tidak terlihat oleh mata manusia, tetapi beberapa jenis dihasilkan oleh dan dianggap sebagai panas. Detektor inframerah konvensional memiliki sejumlah sel (piksel) yang berinteraksi dengan partikel cahaya inframerah yang masuk (foton inframerah) dan mengubahnya menjadi arus listrik yang dapat diukur dan direkam. Mereka pada prinsipnya serupa dengan detektor yang mengubah cahaya tampak pada kamera digital. Semakin banyak piksel yang dapat ditempatkan pada detektor dengan ukuran tertentu, semakin besar resolusinya, dan susunan QWIP NASA merupakan kemajuan yang signifikan dari susunan QWIP 300.000 piksel sebelumnya, yang sebelumnya merupakan terbesar yang tersedia.
Detektor QWIP NASA adalah chip semikonduktor Gallium Arsenide (GaAs) dengan lebih dari 100 lapisan bahan detektor di atasnya. Setiap lapisan sangat tipis, berkisar dari 10 hingga 700 atom tebal, dan lapisan dirancang untuk bertindak sebagai sumur kuantum.
Sumur kuantum menggunakan fisika aneh dari dunia mikroskopis, yang disebut mekanika kuantum, untuk menjebak elektron, partikel fundamental yang membawa arus listrik, sehingga hanya cahaya dengan energi spesifik yang bisa melepaskannya. Jika cahaya dengan energi yang tepat mengenai salah satu sumur kuantum dalam array, elektron yang dibebaskan mengalir melalui chip terpisah di atas array, yang disebut pembacaan silikon, di mana ia direkam. Komputer menggunakan informasi ini untuk membuat gambar dari sumber inframerah.
Array QWIP asli NASA dapat mendeteksi cahaya inframerah dengan panjang gelombang antara 8,4 dan 9,0 mikrometer. Versi baru dapat melihat inframerah antara 8 hingga 12 mikrometer. Kemajuan itu dimungkinkan karena sumur kuantum dapat dirancang untuk mendeteksi cahaya dengan tingkat energi yang berbeda dengan memvariasikan komposisi dan ketebalan lapisan bahan detektor.
"Respons luas array ini, terutama pada inframerah jauh - 8 hingga 12 mikrometer - sangat penting untuk spektroskopi inframerah," kata Jhabvala. Spektroskopi adalah analisis intensitas cahaya pada berbagai warna dari suatu objek. Tidak seperti foto sederhana yang hanya menunjukkan penampilan suatu objek, spektroskopi digunakan untuk mengumpulkan informasi yang lebih detail seperti komposisi kimia, kecepatan, dan arah gerak objek. Spektroskopi digunakan dalam investigasi kriminal; misalnya, untuk mengetahui apakah bahan kimia yang ditemukan pada pakaian tersangka cocok dengan itu di TKP, dan itu adalah bagaimana para astronom menentukan bintang terbuat dari apa walaupun tidak ada cara untuk mengambil sampel secara langsung, dengan bintang-bintang yang jauhnya triliunan mil jauhnya.
Aplikasi lain untuk array QWIP sangat banyak. Di NASA Goddard, beberapa aplikasi ini meliputi: mempelajari suhu troposfer dan stratosfer dan mengidentifikasi jejak bahan kimia; pengukuran keseimbangan energi tajuk pohon; mengukur emisivitas lapisan awan, tetesan / ukuran partikel, komposisi dan tinggi; Emisi SO2 dan aerosol dari letusan gunung berapi; melacak partikel debu (dari Gurun Sahara, mis.); Penyerapan CO2; erosi pantai; gradien dan polusi termal laut / sungai; menganalisis radiometer dan peralatan ilmiah lainnya yang digunakan dalam memperoleh ground truthing dan akuisisi data atmosfer; astronomi berbasis darat; dan suhu terdengar.
Aplikasi komersial potensial cukup beragam. Utilitas array QWIP dalam instrumentasi medis didokumentasikan dengan baik (OmniCorder, Inc. di N.Y.) dan dapat menjadi salah satu penggerak teknologi QWIP yang paling signifikan. Keberhasilan OmniCorder Technologies menggunakan array QWIP band sempit 256 x 256 untuk membantu mendeteksi tumor ganas sangat luar biasa.
Aplikasi komersial potensial lainnya untuk susunan QWIP meliputi: lokasi kebakaran hutan dan sisa titik panas; lokasi perambahan vegetasi yang tidak diinginkan; memantau kesehatan tanaman; memantau kontaminasi pemrosesan makanan, kematangan, dan pembusukan; menemukan kegagalan transformator saluran listrik di daerah terpencil; memantau limbah dari operasi industri seperti pabrik kertas, lokasi pertambangan, dan pembangkit listrik; mikroskop inframerah; mencari berbagai macam kebocoran panas, dan menemukan sumber mata air baru.
Array QWIP relatif murah karena mereka dapat dibuat menggunakan teknologi semikonduktor standar yang menghasilkan chip silikon yang digunakan di komputer di mana-mana. Mereka juga dapat dibuat sangat besar, karena GaA dapat ditanam di dalam batangan besar, seperti halnya silikon.
Upaya pengembangan dipimpin oleh Pusat Sistem dan Teknologi Instrumen di NASA Goddard. Laboratorium Penelitian Angkatan Darat (ARL), Adelphi, Md., Berperan penting dalam teori, desain, dan pembuatan array QWIP, dan L3 / Cincinnati Electronics dari Mason, Ohio, memberikan pembacaan silikon dan hibridisasi. Karya ini disusun untuk, dan didanai oleh, Kantor Teknologi Ilmu Bumi sebagai proyek pengembangan Teknologi Komponen Lanjutan.
Sumber Asli: Rilis Berita NASA
