NASA研究者の赤外線画像。拡大するにはクリックしてください
赤外線検出器の開発は天文学に恩恵をもたらしています。 NASAは、以前の赤外線検出器に代わる安価な代替品を開発しました。これにより、地球上で多くの用途を見つけることができました。検出器は量子井戸赤外線光検出器（QWIP）アレイと呼ばれ、森林火災をすばやく発見し、ガス漏れを検出し、他の多くの商業的用途があります。
NASA主導のチームによって開発された安価な検出器は、「色」または波長の範囲で目に見えない赤外光を見ることができます。
Quantum Well Infrared Photodetector（QWIP）アレイと呼ばれる検出器は、プロジェクトが2003年3月に発表されたとき、世界最大（100万ピクセル）の赤外線アレイでした。科学および商業用途の範囲。しかし、当時は狭い範囲の赤外線色しか検出できず、従来の写真を白黒だけで作成するのと同じでした。新しいQWIPアレイは同じサイズですが、広範囲にわたって赤外線を感知できるようになりました。
NASAのGoddardスペースフライトセンターのグリーンベルトメリーランド州プロジェクトの主任研究員であるMurzy Jhabvala博士は、「赤外線波長の範囲を確認できる機能は、QWIPテクノロジーの潜在的な用途を大幅に拡大する重要な進歩です。
赤外線は人間の目には見えませんが、熱によって生成され、知覚されるタイプもあります。従来の赤外線検出器には、入ってくる赤外光の粒子（赤外光子）と相互作用し、測定および記録できる電流に変換する多数のセル（ピクセル）があります。原理的には、デジタルカメラの可視光を変換する検出器と似ています。特定のサイズの検出器に配置できるピクセルが多いほど、解像度が高くなり、NASAのQWIPアレイは、以前の最大の30万ピクセルのQWIPアレイよりも大幅に進歩しています。
NASAのQWIP検出器は、ガリウムヒ素（GaAs）半導体チップで、100層を超える検出器材料が上にあります。各層は非常に薄く、10〜700原子の厚さで、量子井戸として機能するように設計されています。
量子井戸は、量子力学と呼ばれる微視的な世界の奇妙な物理学を利用して、電流を運ぶ基本粒子である電子をトラップし、特定のエネルギーの光だけがそれらを放出できるようにします。正しいエネルギーの光がアレイ内の量子井戸の1つに当たると、解放された電子は、アレイの上の別のチップ（シリコン読み出しと呼ばれます）を通って流れ、そこで記録されます。コンピュータはこの情報を使用して、赤外線源の画像を作成します。
NASAのオリジナルのQWIPアレイは、8.4〜9.0マイクロメートルの波長の赤外線を検出できました。新しいバージョンでは、8〜12マイクロメートルの赤外線を表示できます。量子井戸は、検出器の材料層の組成と厚さを変えることにより、異なるエネルギーレベルの光を検出できるように設計できるため、進歩は可能でした。
「このアレイの幅広い応答、特に遠赤外線（8〜12マイクロメートル）は、赤外線分光にとって非常に重要です」とJhabvala氏は言います。分光法は、対象物からのさまざまな色の光の強度の分析です。オブジェクトの外観を示す単純な写真とは異なり、分光法は、オブジェクトの化学組成、速度、動きの方向などのより詳細な情報を収集するために使用されます。分光法は犯罪捜査で使用されます。たとえば、容疑者の衣服で見つかった化学物質が犯罪現場の化学物質と一致するかどうかを確認するには、何兆マイルも離れた星から直接サンプルを採取する方法がない場合でも、天文学者がどのような星でできているかを判断する方法です。
QWIPアレイの他のアプリケーションは多数あります。 NASAゴダードでは、これらのアプリケーションのいくつかは次のとおりです。対流圏と成層圏の温度の研究と微量化学物質の特定。樹冠エネルギーバランス測定;雲層の放射率、液滴/粒子サイズ、組成、高さの測定。火山噴火によるSO2とエアロゾルの排出。ほこりの粒子を追跡する（サハラ砂漠などから）; CO2吸収;海岸侵食;海洋/河川の温度勾配と汚染;グランドトゥルーシングと大気データの取得に使用される放射計とその他の科学機器の分析。地上ベースの天文学;そして温度の響き。
潜在的な商用アプリケーションは非常に多様です。医療機器におけるQWIPアレイの有用性は十分に文書化されており（ニューヨークのOmniCorder、Inc.）、最も重要なQWIPテクノロジードライバーの1つになる可能性があります。 OmniCorder Technologiesが256 x 256の狭帯域QWIPアレイを使用して悪性腫瘍の検出を支援した成功は、非常に注目に値します。
QWIPアレイの他の潜在的な商用アプリケーションには、以下が含まれます。不要な植生の侵入の場所;作物の健康状態の監視;食品加工の汚染、熟度、腐敗の監視。遠隔地での電力線変圧器の故障箇所の特定。製紙工場、鉱山現場、発電所などの産業活動からの排水の監視。赤外線顕微鏡;さまざまな熱リークを探し、新しい湧き水源を探します。
QWIPアレイは、どこでもコンピューターで使用されるシリコンチップを製造する標準的な半導体技術を使用して製造できるため、比較的安価です。 GaAsはシリコンと同じように大きなインゴットで成長できるので、非常に大きくすることもできます。
開発の取り組みは、NASA GoddardのInstrument Systems and Technology Centerが主導しました。メリーランド州アデルフィの陸軍研究所（ARL）は、QWIPアレイの理論、設計、製造に貢献し、オハイオ州メイソンのL3 / Cincinnati Electronicsがシリコンの読み出しとハイブリダイゼーションを提供しました。この作業は、高度なコンポーネント技術の開発プロジェクトとして地球科学技術局のために考案され、資金提供されました。
元のソース：NASAニュースリリース
