Come funzionano uno spettroradiometro ad alta precisione e un sistema di sfere integrative

Sfera di integrazione è uno spettrofotometro accessorio semplice ma spesso frainteso per la misurazione della radiazione ottica. Il suo compito negli studi su campioni di trasmissione a dispersione e riflettanza diffusa è quello di integrare spazialmente il flusso radiante. È fondamentale comprendere come il sfera di integrazione funzioni. Questo viene fatto prima di poter ottimizzare un design sferico per una determinata applicazione. Per capire come viaggia la luce intorno alla sfera, è necessario prima discutere le superfici riflettenti diffuse.

Ciò porta alla derivazione e discussione della luminosità della superficie interna di an sfera di integrazione. Una configurazione è composta da un sfera di integrazione e uno spettroradiometro. Questo sistema viene utilizzato per misurare la luce di singoli LED e dispositivi di illuminazione a LED. Esaminando le sue proprietà fotometriche, colorimetriche ed elettriche, i LED dovrebbero essere esaminati per verificarne la qualità. Entrambi i dispositivi verranno esaminati in questo articolo insieme alle relative applicazioni.

Le basi dell'Integrating Sphere
La precisione di misura di un sfera di integrazione sarà senza dubbio influenzato dal suo design. Il modo in cui la luce si rifrange all'interno della sfera è influenzato dalla riflettività della superficie della sfera. È anche influenzato dalle dimensioni e dal posizionamento di porte, rilevatori e deflettori. La capacità di una sfera di integrare la luce può essere influenzata da ciascuno di questi fattori. Le grandi sfere di 150 mm di diametro offrono migliori proprietà di integrazione della luce.

Le loro misurazioni hanno anche meno probabilità di essere influenzate dai punti caldi generati dal campione. Le sfere più piccole hanno un'integrazione del segnale meno efficace. La grande frazione portuale che è spesso presente nelle sfere più piccole può causare gravi errori di misurazione a causa della perdita di flusso. Quando si seleziona un allegato sfera di integrazione appropriato per l'applicazione dell'utente, tutti questi criteri devono essere presi in considerazione.

Cosa si può misurare usando una sfera integratrice?
Sfere integranti può essere utilizzato per valutare la potenza da sorgenti con fasci altamente divergenti. Questi includono LED, Vic CIL e altri diodi laser e fibre ottiche. Possono essere identificati anche raggi laser paralleli. Questo viene fatto sfruttando il fatto che il sfera di integrazione riceve solo una piccola quantità del raggio, attenuando efficacemente il raggio. Sono anche usati per misurare le proprietà di diffusione della luce dei materiali, come la loro trasmittanza o riflettanza.

Inoltre, possiamo usare la sfera nella direzione opposta, piuttosto che come dispositivo di raccolta per catturare e misurare un raggio. L'emissione luminosa della lampada può essere misurata anche utilizzando le sfere radianti. Un sfera di integrazione viene utilizzato per la maggior parte delle misurazioni ottiche. Possiamo determinare con precisione la potenza complessiva di una luce. Inoltre, il modo in cui i campioni riflettono e assorbono la luce è facilmente comprensibile.

Che cos'è un rilevatore CCD?
Un rilevatore di fotoni molto sensibile è chiamato CCD o dispositivo ad accoppiamento di carica. È suddiviso in numerose minuscole sezioni sensibili alla luce chiamate pixel. Questi possono essere utilizzati per mettere insieme un'immagine dell'area di interesse.

Un CCD è un rilevatore di array multicanale per luce UV, visibile e nel vicino infrarosso costruito su silicio. Questi sono impiegati nella spettroscopia a causa della loro sensibilità alla luce. Per questo motivo, questi rilevatori possono analizzare il segnale Raman. Questo segnale per natura è debole. Inoltre, consente il funzionamento multicanale, consentendo il rilevamento dell'intero spettro in un'unica acquisizione.

Il CCD è ampiamente utilizzato oltre ai sensori delle fotocamere digitali. Per le migliori caratteristiche di sensibilità, omogeneità e rumore, le versioni utilizzate per la spettroscopia scientifica sono di qualità molto superiore. I rivelatori CCD sono tipicamente array di area bidimensionali. Sono costituiti da decine di migliaia o milioni di singoli elementi rivelatori o rivelatori lineari unidimensionali.

Questi componenti sono indicati come pixel. La luce e ogni elemento interagiscono per creare una carica. Viene rilevata più carica quando la luce è più luminosa o quando l'incontro dura più a lungo. La carica viene rimossa dagli elementi al termine della misurazione. Questo viene fatto dall'elettronica di lettura. Ogni lettura di carica viene quindi calcolata.

La luce diffusa Raman viene diffusa utilizzando un reticolo di diffrazione in uno spettrometro Raman standard. L'asse lungo dell'array CCD è esposto a questa luce diffusa. La luce dal bordo inferiore di cm-1 dello spettro sarà rilevata dal primo componente. La luce della posizione spettrale successiva verrà rilevata dal secondo elemento e così via. Il componente finale troverà la luce che proviene dal bordo alto cm-1 dello spettro.

I CCD devono essere raffreddati in una certa misura per poter essere utilizzati per la spettroscopia di alto grado. Ciò si ottiene comunemente utilizzando il raffreddamento criogenico ad azoto liquido o il raffreddamento Peltier, che può funzionare a temperature fino a -90oC. Sebbene i rivelatori raffreddati ad azoto liquido presentino ancora vantaggi per alcune applicazioni specializzate, la maggior parte dei sistemi Raman impiega rivelatori raffreddati Peltier.

Spettroradiometro CCD UV vs spettrometro CCD a banda larga
L'intervallo tipico per la reattività dello spettro dei rivelatori CCD standard è compreso tra 200 nm e 1100 nm. Questo intervallo di reattività ad ampio spettro del rivelatore CCD è spesso indicato come intervallo di reattività dello spettroradiometro. Ciò, tuttavia, ignora la funzione di risposta spettrale del reticolo di dispersione, che riduce ulteriormente la reattività del rivelatore nello spettro UV. A causa della luce diffusa a onde lunghe, ciò causa grandi imprecisioni nel segnale di misurazione UV.

La risoluzione spettrale degli spettrometri a banda larga è spesso insufficiente per fornire misurazioni accurate di cose come i LED UV a banda stretta. La gamma spettrale degli spettroradiometri CCD realizzati specificamente per le radiazioni UV è limitata e questi strumenti consentono un'efficienza del reticolo molto elevata in combinazione con una risoluzione spettrale estremamente elevata. Una grande riduzione della luce diffusa può essere ottenuta anche utilizzando filtri ottici.

Sistema di sfere integrate con spettroradiometro di alta precisione
La misurazione della luce per LED singoli e prodotti di illuminazione a LED viene eseguita con LPCE-2 Spettroradiometro a sfera integrato Sistema di test LED. Esaminando le sue proprietà fotometriche, colorimetriche ed elettriche, la qualità dei LED dovrebbe essere esaminata. Si consiglia di utilizzare uno spettroradiometro ad array con sfera integratrice per testare i prodotti SSL in conformità con CIE 177, CIE84, CIE-13.3, IES LM-79-19, Optical-Engineering-49-3-033602, REGOLAMENTO DELEGATO (UE) 2019/2015 DELLA COMMISSIONE, IESNA LM-63-2, IES-LM-80e ANSI-C78.377.

Una sfera integrativa stampata con base portante e un LMS-9000C Spettroradiometro CCD ad alta precisione o an LMS-9500C Lo spettroradiometro CCD di grado scientifico viene utilizzato con LPCE-2 sistema. Rispetto alla sfera integratrice convenzionale, questa sfera è più arrotondata e produce risultati di test più accurati.

Composizione
I componenti di Sfera di integrazione dello spettroradiometro Il sistema include uno spettroradiometro a scansione rapida, una fibra ottica con connettori, una sorgente luminosa comune, sfere integrate, un misuratore di potenza digitale e un tipico armadio per strumenti.

Caratteristiche
Il sistema è in grado di calcolare la distribuzione spettrale della potenza, le coordinate di cromaticità, la temperatura di colore correlata, l'indice di resa cromatica, la differenza di colore, la lunghezza d'onda di picco, la semiampiezza spettrale, la lunghezza d'onda dominante, la purezza del colore, il flusso luminoso e il test per fotometria, colorimetria ed elettricità delle caratteristiche dei LED.

FAQ
Quali sono alcune delle specifiche di uno spettroradiometro ad alta precisione che integra un sistema di sfere?
Hanno capacità di spettro. Ripetibilità della lunghezza d'onda di 0.1 nm e precisione di 0.3 nm. Il tempo richiesto per l'integrazione è 0.110,000 ms. È in grado di misurare sia la temperatura interna che quella esterna della sfera integratrice. I metodi per il test del flusso includono fotometrico, revisione fotometrica e spettrale. La funzionalità della lampada ausiliaria fa parte del sistema e la funzionalità dell'autoassorbimento fa parte del programma. È in grado di misurare sia la temperatura interna che quella esterna della sfera integratrice. Sia il rapporto di prova sulla manutenzione ottica dei LED che il LM-79 I report fotometrici, colorimetrici ed elettrici possono essere esportati in PDF o Excel.

Che cos'è un dispositivo ad accoppiamento di carica a moltiplicazione di elettroni (EMCCD)?
Un sensore di immagine è un dispositivo ad accoppiamento di carica moltiplicatore di elettroni (EMCCD). Con l'uso di una speciale struttura di moltiplicazione degli elettroni inclusa nel chip, è in grado di rilevare eventi di singoli fotoni senza l'uso di un intensificatore di immagine. Le telecamere EMCCD sono costruite per aggirare un limite fisico fondamentale e offrono un'eccellente sensibilità e prestazioni rapide. Le tradizionali telecamere CCD fornivano una lettura veloce a un compromesso tra alta sensibilità e basso rumore di lettura. Queste telecamere erano spesso chiamate telecamere a "scansione lenta". EMCCD ha superato questo problema con l'amplificazione del segnale.

Di conseguenza, il rumore di lettura non influisce più sulla sensibilità e viene effettivamente bypassato. L'aggiunta di uno specifico registro seriale esteso sul chip CCD è ciò che rende unica la tecnologia EMCCD. Attraverso il processo di ionizzazione per impatto in silicio, genera guadagno di moltiplicazione. Il segnale che raggiunge lo strumento di imaging può essere così debole da mescolarsi con il rumore di fondo quando i fotoni sono scarsi. Il rumore elettronico intrinseco del processo di lettura dovrebbe essere ridotto grazie alla tecnologia EMCCD. Quando si tratta di immagini in condizioni di scarsa illuminazione, le telecamere EMCCD eccellono.

Questi rilevatori sono ideali per l'imaging dal vivo perché possono acquisire fotogrammi a velocità più rapide rispetto alle loro controparti CCD. Le telecamere EMCCD possono anche fornire il massimo livello di sensibilità per la visualizzazione delle scene più scure. Questo viene fatto trasformandosi in sistemi di imaging di conteggio di fotoni in tempo reale ad ampio campo.

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