Колко учени са необходими за калибриране на LED крушка? За изследователи от Националния институт за стандарти и технологии (NIST) в Съединените щати този брой е наполовина от това, което беше преди няколко седмици. През юни NIST започна да предоставя по-бързи, по-точни и спестяващи труд услуги за калибриране за оценка на яркостта на LED светлини и други полупроводникови осветителни продукти. Клиентите на тази услуга включват производители на LED лампи и други лаборатории за калибриране. Например, една калибрирана лампа може да гарантира, че еквивалентната на 60 вата LED крушка в настолната лампа е наистина еквивалентна на 60 вата, или да гарантира, че пилотът в изтребителя има подходящо осветление на пистата.

Производителите на светодиоди трябва да гарантират, че светлините, които произвеждат, наистина са толкова ярки, колкото са проектирани. За да постигнете това, калибрирайте тези лампи с фотометър, който е инструмент, който може да измерва яркостта при всички дължини на вълната, като същевременно взема предвид естествената чувствителност на човешкото око към различни цветове. От десетилетия фотометричната лаборатория на NIST отговаря на изискванията на индустрията, като предоставя услуги за яркост на LED и фотометрично калибриране. Тази услуга включва измерване на яркостта на LED и други твърдотелни светлини на клиента, както и калибриране на собствения фотометър на клиента. Досега лабораторията NIST измерваше яркостта на крушката с относително ниска несигурност, с грешка между 0,5% и 1,0%, което е сравнимо с масовите услуги за калибриране.
Сега, благодарение на обновяването на лабораторията, екипът на NIST е утроил тези несигурности до 0,2% или по-ниски. Това постижение прави новата услуга за калибриране на яркост на светодиоди и фотометър една от най-добрите в света. Учените също са съкратили значително времето за калибриране. В старите системи извършването на калибриране за клиенти би отнело почти цял ден. Изследователят на NIST Камерън Милър заяви, че по-голямата част от работата се използва за настройване на всяко измерване, замяна на източници на светлина или детектори, ръчна проверка на разстоянието между двете и след това преконфигуриране на оборудването за следващото измерване.
Но сега лабораторията се състои от две автоматизирани маси за оборудване, едната за източника на светлина, а другата за детектора. Масата се движи по релсовата система и поставя детектора навсякъде от 0 до 5 метра от светлината. Разстоянието може да се контролира в рамките на 50 части на милион от един метър (микрометър), което е приблизително половината от ширината на човешката коса. Зонг и Милър могат да програмират масите да се движат една спрямо друга без необходимост от непрекъсната човешка намеса. Преди това отнемаше един ден, но сега може да бъде завършено в рамките на няколко часа. Вече няма нужда от подмяна на каквото и да е оборудване, всичко е тук и може да се използва по всяко време, което дава на изследователите много свобода да правят много неща едновременно, защото е напълно автоматизирано.
Можете да се върнете в офиса, за да свършите друга работа, докато той работи. Изследователите на NIST прогнозират, че клиентската база ще се разшири, тъй като лабораторията е добавила няколко допълнителни функции. Например, новото устройство може да калибрира хиперспектрални камери, които измерват много повече дължина на светлинната вълна от типичните камери, които обикновено улавят само три до четири цвята. От медицински изображения до анализиране на сателитни изображения на Земята, хиперспектралните камери стават все по-популярни. Информацията, предоставена от базирани в космоса хиперспектрални камери за времето и растителността на Земята, позволява на учените да прогнозират глад и наводнения и може да помогне на общностите при планирането на помощ при спешни случаи и бедствия. Новата лаборатория може също да направи по-лесно и по-ефективно за изследователите да калибрират дисплеи на смартфони, както и дисплеи на телевизори и компютри.

Правилно разстояние
За да калибрират фотометъра на клиента, учените от NIST използват широколентови източници на светлина за осветяване на детектори, които по същество представляват бяла светлина с множество дължини на вълната (цветове) и нейната яркост е много ясна, тъй като измерванията се правят с помощта на стандартни фотометри на NIST. За разлика от лазерите, този тип бяла светлина е некохерентна, което означава, че цялата светлина с различни дължини на вълната не е синхронизирана една с друга. В идеален сценарий, за най-точно измерване, изследователите ще използват регулируеми лазери, за да генерират светлина с контролируеми дължини на вълната, така че само една дължина на вълната на светлината да се облъчва върху детектора в даден момент. Използването на регулируеми лазери увеличава съотношението сигнал/шум на измерването.
В миналото обаче регулируемите лазери не можеха да се използват за калибриране на фотометри, тъй като лазерите с една дължина на вълната се намесваха сами по начин, който добавяше различни количества шум към сигнала в зависимост от използваната дължина на вълната. Като част от подобряването на лабораторията, Zong създаде персонализиран дизайн на фотометър, който намалява този шум до незначително ниво. Това прави възможно използването на регулируеми лазери за първи път за калибриране на фотометри с малки несигурности. Допълнителното предимство на новия дизайн е, че улеснява почистването на осветителното оборудване, тъй като изящният отвор вече е защитен зад запечатания стъклен прозорец. Измерването на интензитета изисква точна информация за това колко далеч е детекторът от източника на светлина.
Досега, подобно на повечето други лаборатории за фотометрия, лабораторията NIST все още не разполага с високоточен метод за измерване на това разстояние. Това отчасти се дължи на факта, че отворът на детектора, през който се събира светлината, е твърде фин, за да бъде докоснат от измервателното устройство. Често срещано решение е изследователите първо да измерят осветеността на източника на светлина и да осветят повърхност с определена площ. След това използвайте тази информация, за да определите тези разстояния, като използвате закона на обратните квадрати, който описва как интензитетът на светлинен източник намалява експоненциално с увеличаване на разстоянието. Това измерване в две стъпки не е лесно за изпълнение и въвежда допълнителна несигурност. С новата система екипът вече може да изостави метода на обратния квадрат и директно да определи разстоянието.
Този метод използва камера, базирана на микроскоп, с микроскоп, разположен върху етапа на източника на светлина и фокусиращ върху маркерите за позиция на етапа на детектора. Вторият микроскоп се намира на работната маса на детектора и се фокусира върху маркерите за позиция на работната маса на източника на светлина. Определете разстоянието, като регулирате апертурата на детектора и позицията на светлинния източник спрямо фокуса на съответните микроскопи. Микроскопите са много чувствителни към разфокусиране и могат да разпознаят дори няколко микрометра. Новото измерване на разстоянието също позволява на изследователите да измерват „истинската интензивност“ на светодиодите, което е отделно число, което показва, че количеството светлина, излъчвано от светодиодите, не зависи от разстоянието.
В допълнение към тези нови функции учените от NIST са добавили и някои инструменти, като устройство, наречено гониометър, което може да върти LED светлини, за да измерва колко светлина се излъчва под различни ъгли. През следващите месеци Милър и Зонг се надяват да използват спектрофотометър за нова услуга: измерване на ултравиолетовата (UV) мощност на светодиодите. Потенциалните приложения на LED за генериране на ултравиолетови лъчи включват облъчване на храна за удължаване на срока й на годност, както и дезинфекция на вода и медицинско оборудване. Традиционно търговското облъчване използва ултравиолетовата светлина, излъчвана от лампи с живачни пари.