Niedrogie miniaturowe czujniki „widzą” gazy śladowe
Czujniki podczerwieni gazu to nowoczesna technologia wykrywania szkodliwych lub wybuchowych gazów. Jednak obecnie dostępne urządzenia są skomplikowane, drogie lub ciężkie. Ponadto mają niską czułość i wymagają dużych ilości próbek gazu. Finansowany przez UE projekt MIREGAS, prowadzony przez konsorcjum europejskich ośrodków badawczych i partnerów przemysłowych, opracował przełomowe komponenty, które mogą być wykorzystane do analizy wielu gazów. W porównaniu do konwencjonalnych technologii czujników gazu wykorzystujących promieniowanie podczerwone, nowe komponenty zapewniają lepszą dokładność przy niższych kosztach – możliwe jest dokładniejsze filtrowanie fal świetlnych oraz wykluczenie interferujących komponentów gazów. Zakres długości fali podczerwieni pomaga wykryć „molekularne odciski palców” wielu gazów śladowych. Szybka i niedroga multidetekcja Konsorcjum projektu stworzyło urządzenie, które wykorzystuje tylko jedno źródło światła do analizy wielu gazów, zamiast kilku laserów. Źródło światła wykorzystuje technologię opracowaną pierwotnie na potrzeby komunikacji optycznej, co minimalizuje koszty pomiarów w porównaniu do tradycyjnych badań spektroskopowych. Urządzenie MIREGAS może dokonywać wielu pomiarów za pomocą jednego regulowanego i przełączalnego wielokanałowego filtra optycznego oraz odbierać pojedyncze gazy z mieszanki emisji. Są to m.in. metan, etan, butan, propan, dwutlenek węgla i woda. Urządzenie może jednocześnie wykrywać kilka gazów, co jest przydatne w procesach przemysłowych i zastosowaniach dotyczących monitorowania środowiska. Osiągnięcia projektu MIREGAS wypełnia lukę na rynku, na którym brakuje niedrogich, wysokowydajnych źródeł podczerwieni. MIREGAS, mały i niedrogi czujnik gazu MIREGAS wykorzystuje kilka przełomowych komponentów, które zapewniają istotne korzyści w zakresie kosztów, wielkości produkcji i niezawodności. Należą do nich nowa dioda superluminescencyjna (SLED), filtr spektralny oparty o krzemowy fotoniczny układ scalony (PIC), formowana optyka podczerwieni oraz wysokonakładowe technologie montażu. Członkowie projektu zademonstrowali szerokopasmową jednomodową diodę SLED emitującą przy 2,65 μm, która osiągnęła moc wyjściową prawie 0,5 mW przy widmie o szerokości 300 nm. Aby stworzyć skolimowaną wiązkę z SLED, opracowali oni nowy typ szkła o niskiej zawartości tlenu z tlenku metali ciężkich, które przepuszcza promieniowanie podczerwone i jest formowane w procesie formowania szkła zwanym wytłaczaniem na gorąco. Wyprodukowano eksperymentalnie formowane szklane soczewki pasujące do architektury TO-can. Nowo opracowany niskostratny układ PIC posiada dwie wyjątkowe cechy: oprócz konwencjonalnych długości fal komunikacji optycznej 1550 nm może być stosowany do fal średniej podczerwieni; umożliwia również integrację aktywnych urządzeń, takich jak diody laserowe lub fotodetektory, bezpośrednio na układzie PIC. Montaż maleńkiego czujnika wiązał się z submikronowym dopasowaniem SLED, która jest układem flip chip połączonym z krzemowym PIC. Obiecujący potencjał Przełomowe technologie MIREGAS umożliwią partnerom projektu osiągnięcie nowego poziomu selektywności i dokładności pomiarów wielu gazów przy konkurencyjnych cenach. „Możliwość dostosowania widma wyjściowego tak, aby pasowało do dowolnego zestawu linii absorpcyjnych o dowolnym pasmie poniżej 3500 nm, jest główną zaletą naszego źródła światła w porównaniu z pojedynczą wąską linią przestrajalnego lasera. Ekonomiczne źródła światła o wielu długościach fali przyczyniają się do popularyzacji czujników gazu na podczerwień”, wyjaśnia koordynator projektu dr Pentti Karioja. „Nasze nowe źródło światła łączące fotonikę krzemową i detekcję gazów w podczerwieni będzie przydatne nie tylko dla detekcji gazów, ale również dla wszystkich rodzajów czujników średniej podczerwieni, technologii analizy procesów, bezpieczeństwa środowiska i żywności oraz zastosowań związanych z bezpieczeństwem”, zauważa Pentti. Efektem powinny być nowe możliwości biznesowe i wzmocnienie pozycji technologicznej firm w zakresie dostarczania pomiarów gazu do wymagających zastosowań.
Słowa kluczowe
MIREGAS, czujnik gazu na podczerwień, dioda superluminescencyjna (SLED), fotoniczny układ scalony (PIC), średnia podczerwień, wiele gazów, fotonika krzemowa, szkło formowane
