Жарықдиодты шамды калибрлеу үшін қанша өлшеуші ғалым қажет? Америка Құрама Штаттарындағы Ұлттық стандарттар мен технологиялар институтының (NIST) зерттеушілері үшін бұл сан бірнеше апта бұрынғы көрсеткіштің жартысы. Маусым айында NIST жарықдиодты шамдар мен басқа да қатты жарықтандыру өнімдерінің жарықтығын бағалау үшін жылдамырақ, дәлірек және еңбекті үнемдейтін калибрлеу қызметтерін ұсына бастады. Бұл қызметтің тұтынушылары арасында жарықдиодты шам өндірушілер мен басқа калибрлеу зертханалары бар. Мысалы, калибрленген шам үстел шамындағы 60 Вт эквивалентті жарықдиодты шамның шын мәнінде 60 ваттқа тең екендігін немесе истребительдегі ұшқыштың ұшу-қону жолағында тиісті жарықтандыруы болуын қамтамасыз ете алады.

Жарықдиодты өндірушілер өздері шығаратын шамдардың шынымен олар жобаланғандай жарқын болуын қамтамасыз етуі керек. Бұған жету үшін адам көзінің әртүрлі түстерге табиғи сезімталдығын ескере отырып, барлық толқын ұзындығындағы жарықтықты өлшейтін құрал болып табылатын фотометрмен осы шамдарды калибрлеңіз. Ондаған жылдар бойы NIST фотометриялық зертханасы жарық диодты жарықтылық пен фотометриялық калибрлеу қызметтерін ұсына отырып, салалық талаптарды қанағаттандырып келеді. Бұл қызмет тұтынушының жарық диодты және басқа да қатты күйдегі шамдарының жарықтығын өлшеуді, сондай-ақ тұтынушының жеке фотометрін калибрлеуді қамтиды. Осы уақытқа дейін NIST зертханасы шамдардың жарықтығын салыстырмалы түрде төмен белгісіздікпен, 0,5% және 1,0% арасындағы қателікпен өлшеп келді, бұл негізгі калибрлеу қызметтерімен салыстыруға болады.
Енді зертхананы жаңартудың арқасында NIST тобы бұл белгісіздіктерді 0,2% немесе одан төменге дейін үш есеге арттырды. Бұл жетістік жаңа жарық диодты жарықтылық пен фотометрді калибрлеу қызметін әлемдегі ең үздіктердің біріне айналдырады. Ғалымдар калибрлеу уақытын да айтарлықтай қысқартты. Ескі жүйелерде тұтынушылар үшін калибрлеуді орындау бір тәулікке жуық уақытты алады. NIST зерттеушісі Кэмерон Миллер жұмыстың көп бөлігі әрбір өлшемді орнатуға, жарық көздерін немесе детекторларды ауыстыруға, екеуінің арасындағы қашықтықты қолмен тексеруге, содан кейін келесі өлшеу үшін жабдықты қайта конфигурациялауға арналғанын айтты.
Бірақ қазір зертхана екі автоматтандырылған жабдық үстелінен тұрады, біреуі жарық көзіне, екіншісі детекторға арналған. Үстел жол жүйесі бойынша қозғалады және детекторды жарықтан 0-ден 5 метрге дейінгі кез келген жерде орналастырады. Қашықтықты бір метрдің (микрометрдің) миллионына 50 бөлігінде басқаруға болады, бұл адам шашының енінің жартысына жуық. Зонг пен Миллер адамның үздіксіз араласуын қажет етпестен кестелерді бір-біріне қатысты жылжыту үшін бағдарламалай алады. Бұған дейін бір күн қажет болса, қазір оны бірнеше сағатта бітіруге болады. Енді ешқандай жабдықты ауыстырудың қажеті жоқ, барлығы осында және оны кез келген уақытта пайдалануға болады, бұл зерттеушілерге бір уақытта көп нәрсені жасауға үлкен еркіндік береді, өйткені ол толығымен автоматтандырылған.
Жұмыс істеп тұрған кезде басқа жұмыстарды орындау үшін кеңсеге оралуға болады. NIST зерттеушілері зертхана бірнеше қосымша мүмкіндіктерді қосқандықтан тұтынушылар базасы кеңейеді деп болжайды. Мысалы, жаңа құрылғы әдетте үш-төрт түсті ғана түсіретін әдеттегі камераларға қарағанда жарық толқынының ұзындығын өлшейтін гиперспектрлік камераларды калибрлей алады. Медициналық бейнелеуден Жердің спутниктік суреттерін талдауға дейін гиперспектральды камералар барған сайын танымал бола бастады. Ғарыштық гиперспектральды камералар арқылы Жердің ауа-райы мен өсімдіктері туралы ақпарат ғалымдарға ашаршылық пен су тасқынын болжауға мүмкіндік береді және қауымдастықтарға төтенше жағдайлар мен апаттардың салдарын жоюды жоспарлауға көмектеседі. Жаңа зертхана сонымен қатар зерттеушілерге смартфон дисплейлерін, сондай-ақ теледидар мен компьютер дисплейлерін калибрлеуді жеңілдетіп, тиімдірек ете алады.

Дұрыс қашықтық
Тұтынушының фотометрін калибрлеу үшін NIST ғалымдары детекторларды жарықтандыру үшін кең жолақты жарық көздерін пайдаланады, олар негізінен бірнеше толқын ұзындығы (түстері) бар ақ жарық болып табылады және оның жарықтығы өте анық, өйткені өлшемдер NIST стандартты фотометрлері арқылы жүзеге асырылады. Лазерлерден айырмашылығы, ақ жарықтың бұл түрі когерент емес, яғни әртүрлі толқын ұзындығының барлық жарықтары бір-бірімен синхрондалмайды. Идеал сценарийде ең дәл өлшеу үшін зерттеушілер реттелетін лазерлерді басқарылатын толқын ұзындығы бар жарық жасау үшін пайдаланады, осылайша детекторда бір уақытта жарықтың бір толқын ұзындығы ғана сәулеленеді. Реттелетін лазерлерді пайдалану өлшеудің сигнал-шу қатынасын арттырады.
Дегенмен, бұрын реттелетін лазерлерді фотометрлерді калибрлеу үшін пайдалану мүмкін емес еді, өйткені бір толқын ұзындығы лазерлері пайдаланылған толқын ұзындығына негізделген сигналға әртүрлі шуыл мөлшерін қосатын жолмен өздеріне кедергі жасады. Зертхананы жетілдірудің бір бөлігі ретінде Zong осы шуды елеусіз деңгейге дейін төмендететін теңшелген фотометр дизайнын жасады. Бұл кішігірім белгісіздіктері бар фотометрлерді калибрлеу үшін реттелетін лазерлерді алғаш рет пайдалануға мүмкіндік береді. Жаңа дизайнның қосымша артықшылығы - бұл жарықтандыру жабдығын тазалауды жеңілдетеді, өйткені керемет апертура қазір мөрленген шыны терезенің артында қорғалған. Қарқындылықты өлшеу детектордың жарық көзінен қаншалықты алыс екенін дәл білуді талап етеді.
Осы уақытқа дейін, көптеген басқа фотометриялық зертханалар сияқты, NIST зертханасында бұл қашықтықты өлшеудің жоғары дәлдік әдісі әлі жоқ. Бұл ішінара жарық жиналатын детектордың саңылауы өлшеу құрылғысына қол тигізу үшін тым нәзік болғандықтан. Жалпы шешім зерттеушілер үшін алдымен жарық көзінің жарықтылығын өлшеп, белгілі бір аумақпен бетті жарықтандыру болып табылады. Әрі қарай, жарық көзінің қарқындылығы қашықтық артқан сайын экспоненциалды түрде төмендейтінін сипаттайтын кері квадрат заңын пайдаланып осы қашықтықтарды анықтау үшін осы ақпаратты пайдаланыңыз. Бұл екі қадамды өлшеуді жүзеге асыру оңай емес және қосымша белгісіздік тудырады. Жаңа жүйемен команда енді кері квадрат әдісінен бас тартып, қашықтықты тікелей анықтай алады.
Бұл әдіс микроскопқа негізделген камераны пайдаланады, микроскоп жарық көзінің сахнасында отырады және детектор сатысындағы позиция маркерлеріне назар аударады. Екінші микроскоп детектордың жұмыс үстелінде орналасқан және жарық көзі жұмыс үстеліндегі позиция белгілеріне бағытталған. Детектордың саңылауын және жарық көзінің орнын сәйкес микроскоптардың фокусына реттеу арқылы қашықтықты анықтаңыз. Микроскоптар дефокусқа өте сезімтал және тіпті бірнеше микрометрді де тани алады. Жаңа қашықтықты өлшеу сонымен қатар зерттеушілерге жарықдиодты шамдардың «шын қарқындылығын» өлшеуге мүмкіндік береді, бұл жарық диодтары шығаратын жарық мөлшері қашықтыққа тәуелсіз екенін көрсететін жеке сан.
Осы жаңа мүмкіндіктерге қоса, NIST ғалымдары әртүрлі бұрыштарда жарықтың қаншалықты шығарылатынын өлшеу үшін жарық диодты шамдарды айналдыра алатын гониометр деп аталатын құрылғы сияқты кейбір құралдарды қосты. Алдағы айларда Миллер мен Зонг спектрофотометрді жаңа қызмет үшін қолдануға үміттенеді: жарықдиодты шамдардың ультракүлгін (УК) шығысын өлшеу. Ультракүлгін сәулелерді генерациялау үшін жарықдиодты әлеуетті қолданулар тағамның жарамдылық мерзімін ұзарту үшін сәулеленуді, сондай-ақ су мен медициналық жабдықты зарарсыздандыруды қамтиды. Дәстүрлі түрде коммерциялық сәулелендіру сынап буының шамдары шығаратын ультракүлгін сәулені пайдаланады.