Koliko je naučnika za mjerenje potrebno za kalibraciju LED sijalice? Za istraživače sa Nacionalnog instituta za standarde i tehnologiju (NIST) u Sjedinjenim Državama, ovaj broj je upola manji od onoga što je bio prije nekoliko sedmica. U junu, NIST je počeo pružati brže, preciznije i štede usluge kalibracije za procjenu svjetline LED svjetala i drugih proizvoda za poluprovodnu rasvjetu. Korisnici ove usluge su proizvođači LED svjetala i druge kalibracijske laboratorije. Na primjer, kalibrirana lampa može osigurati da je LED sijalica ekvivalentna 60 vati u stolnoj lampi zaista ekvivalentna 60 vati, ili osigurati da pilot u borbenom avionu ima odgovarajuće osvjetljenje piste.

Proizvođači LED dioda moraju osigurati da svjetla koja proizvode budu zaista svijetla kao što su dizajnirana. Da biste to postigli, kalibrirajte ove lampe fotometrom, koji je alat koji može mjeriti svjetlinu na svim valnim dužinama, uzimajući u obzir prirodnu osjetljivost ljudskog oka na različite boje. Decenijama, NIST-ova fotometrijska laboratorija ispunjava zahtjeve industrije pružajući usluge svjetline LED-a i fotometrijske kalibracije. Ova usluga uključuje mjerenje svjetline LED dioda i drugih poluprovodničkih svjetala, kao i kalibraciju vlastitog fotometra kupca. Do sada je laboratorija NIST-a mjerila svjetlinu sijalice sa relativno malom nesigurnošću, sa greškom između 0,5% i 1,0%, što je uporedivo sa mainstream uslugama kalibracije.
Sada, zahvaljujući renoviranju laboratorije, NIST tim je utrostručio ove nesigurnosti na 0,2% ili niže. Ovo dostignuće čini novu uslugu kalibracije svjetline LED-a i fotometara jednom od najboljih na svijetu. Naučnici su takođe značajno skratili vreme kalibracije. U starim sistemima, izvođenje kalibracije za kupce bi trajalo gotovo cijeli dan. Istraživač NIST-a Cameron Miller izjavio je da se većina posla koristi za postavljanje svakog mjerenja, zamjenu izvora svjetlosti ili detektora, ručnu provjeru udaljenosti između njih, a zatim rekonfiguraciju opreme za sljedeće mjerenje.
Ali sada se laboratorij sastoji od dva automatizirana stola opreme, jedan za izvor svjetlosti, a drugi za detektor. Sto se kreće po sistemu staza i postavlja detektor bilo gdje od 0 do 5 metara od svjetla. Udaljenost se može kontrolisati unutar 50 dijelova na milion od jednog metra (mikrometra), što je otprilike polovina širine ljudske kose. Zong i Miller mogu programirati stolove da se pomjeraju jedni u odnosu na druge bez potrebe za kontinuiranom ljudskom intervencijom. Nekada je to trajalo jedan dan, ali sada se može završiti za nekoliko sati. Više nema potrebe za zamjenom opreme, sve je tu i može se koristiti u bilo koje vrijeme, dajući istraživačima puno slobode da rade mnoge stvari u isto vrijeme jer je potpuno automatiziran.
Možete se vratiti u kancelariju da obavljate druge poslove dok ona radi. NIST istraživači predviđaju da će se baza kupaca proširiti jer je laboratorija dodala nekoliko dodatnih funkcija. Na primjer, novi uređaj može kalibrirati hiperspektralne kamere, koje mjere mnogo veću talasnu dužinu svjetlosti od tipičnih kamera koje obično snimaju samo tri do četiri boje. Od medicinskog snimanja do analize satelitskih snimaka Zemlje, hiperspektralne kamere postaju sve popularnije. Informacije koje pružaju svemirske hiperspektralne kamere o Zemljinom vremenu i vegetaciji omogućavaju naučnicima da predvide glad i poplave i mogu pomoći zajednicama u planiranju hitne pomoći i pomoći u katastrofama. Nova laboratorija takođe može olakšati i efikasnijim istraživačima kalibraciju ekrana pametnih telefona, kao i ekrana televizora i računara.

Ispravna udaljenost
Kako bi kalibrirali fotometar kupca, naučnici u NIST-u koriste širokopojasne izvore svjetlosti za osvjetljavanje detektora, koji su u suštini bijela svjetlost sa više talasnih dužina (boja), a njena svjetlina je vrlo jasna jer se mjerenja vrše pomoću NIST standardnih fotometara. Za razliku od lasera, ova vrsta bele svetlosti je nekoherentna, što znači da sva svetlost različitih talasnih dužina nije sinhronizovana jedna s drugom. U idealnom scenariju, za najpreciznije mjerenje, istraživači će koristiti podesive lasere za generiranje svjetlosti s kontroliranim valnim dužinama, tako da se samo jedna talasna dužina svjetlosti ozračava na detektoru u isto vrijeme. Upotreba podesivih lasera povećava omjer signala i šuma mjerenja.
Međutim, u prošlosti, podesivi laseri nisu mogli da se koriste za kalibraciju fotometara jer su laseri sa jednom talasnom dužinom interferirali sami sa sobom na način koji je dodavao različite količine šuma signalu na osnovu talasne dužine koja se koristi. Kao dio poboljšanja laboratorije, Zong je kreirao prilagođeni dizajn fotometra koji smanjuje ovu buku na zanemarljiv nivo. Ovo omogućava da se prvi put koriste podesivi laseri za kalibraciju fotometara sa malim nesigurnostima. Dodatna prednost novog dizajna je što olakšava čišćenje rasvjetne opreme, jer je izuzetan otvor sada zaštićen iza zatvorenog staklenog prozora. Mjerenje intenziteta zahtijeva tačno znanje o tome koliko je detektor udaljen od izvora svjetlosti.
Do sada, kao i većina drugih fotometrijskih laboratorija, NIST laboratorija još uvijek nema visokopreciznu metodu za mjerenje ove udaljenosti. To je dijelom zato što je otvor detektora, kroz koji se prikuplja svjetlost, previše suptilan da bi ga mjerni uređaj dodirnuo. Uobičajeno rješenje je da istraživači prvo izmjere osvijetljenost izvora svjetlosti i osvijetle površinu određenom površinom. Zatim koristite ove informacije da odredite ove udaljenosti koristeći zakon inverznog kvadrata, koji opisuje kako intenzitet izvora svjetlosti opada eksponencijalno s povećanjem udaljenosti. Ovo mjerenje u dva koraka nije lako implementirati i unosi dodatnu nesigurnost. Sa novim sistemom, tim sada može napustiti metodu obrnutog kvadrata i direktno odrediti udaljenost.
Ova metoda koristi kameru zasnovanu na mikroskopu, sa mikroskopom koji se nalazi na stepenu izvora svetlosti i fokusira se na markere položaja na stepenu detektora. Drugi mikroskop se nalazi na radnom stolu detektora i fokusira se na markere položaja na radnom stolu za izvor svetlosti. Odredite udaljenost prilagođavanjem otvora detektora i položaja izvora svjetlosti fokusu njihovih odgovarajućih mikroskopa. Mikroskopi su vrlo osjetljivi na defokusiranje i mogu prepoznati čak i nekoliko mikrometara. Novo mjerenje udaljenosti također omogućava istraživačima da izmjere "pravi intenzitet" LED dioda, što je zaseban broj koji pokazuje da je količina svjetlosti koju emituju LED diode nezavisna od udaljenosti.
Pored ovih novih karakteristika, naučnici NIST-a su dodali i neke instrumente, kao što je uređaj nazvan goniometar koji može da rotira LED svetla kako bi izmerio koliko svetlosti se emituje pod različitim uglovima. U narednim mjesecima, Miller i Zong se nadaju da će koristiti spektrofotometar za novu uslugu: mjerenje ultraljubičastog (UV) izlaza LED dioda. Potencijalne upotrebe LED-a za generiranje ultraljubičastih zraka uključuju zračenje hrane kako bi se produžio njen vijek trajanja, kao i dezinfekciju vode i medicinske opreme. Tradicionalno, komercijalno zračenje koristi ultraljubičasto svjetlo koje emituju lampe sa živinom parom.