Parcourir la (bonne) distance

Pour étalonner le photomètre d'un client, Les scientifiques du NIST éclairaient le détecteur avec une source lumineuse à large bande, essentiellement une lumière blanche contenant plusieurs longueurs d'onde (ou couleurs), dont la luminosité est extrêmement bien comprise car elle est mesurée à l'aide de photomètres standard NIST. Contrairement à une lumière laser, cette lumière blanche est incohérente, ce qui signifie que toutes les différentes longueurs d'onde de la lumière sont déphasées les unes par rapport aux autres.

Idéalement, faire les mesures les plus précises, les chercheurs utiliseraient la lumière créée par un laser accordable, dont la longueur d'onde peut être contrôlée de sorte qu'une seule longueur d'onde de lumière à la fois brille sur le détecteur. L'utilisation d'un laser accordable augmente le rapport signal/bruit de leurs mesures.

Cependant, autrefois, un laser accordable n'a pas pu être utilisé pour l'étalonnage des photomètres, parce que la lumière laser à longueur d'onde unique interfère avec elle-même d'une manière qui ajoute différentes quantités de bruit au signal en fonction des longueurs d'onde utilisées.

Dans le cadre de leurs améliorations de laboratoire, Zong du NIST a créé une conception de photomètre personnalisée qui a minimisé ce bruit "au point où il est négligeable, " a déclaré Miller. Cela a rendu possible, pour la première fois, d'utiliser un laser accordable pour l'étalonnage du photomètre avec de petites incertitudes.

La nouvelle conception a l'avantage supplémentaire de rendre l'équipement de collecte de lumière beaucoup plus facile à nettoyer, puisque l'ouverture délicate est maintenant protégée derrière une fenêtre de verre scellée.

Les mesures d'intensité nécessitent de savoir exactement à quelle distance se trouve un détecteur d'une source lumineuse. Et jusqu'à récemment, comme la plupart des autres laboratoires de photométrie, le laboratoire du NIST n'avait pas de moyen de haute précision pour mesurer cette distance. C'est en partie parce que l'ouverture du détecteur, à travers lequel la lumière est collectée, est trop délicat pour être touché par l'équipement de mesure.

Une solution de contournement courante consiste à ce que les chercheurs mesurent d'abord l'éclairement d'une source lumineuse - la quantité de lumière émanant d'une source et éclairant une surface avec une certaine zone - à plusieurs distances. Prochain, ils utilisent cette information pour déterminer quelles étaient ces distances en utilisant la loi du carré inverse, qui décrit comment l'intensité d'une source lumineuse diminue de façon exponentielle à mesure que vous vous en éloignez. Mais cette mesure en deux étapes n'est pas facile à mettre en œuvre et introduit des incertitudes supplémentaires, dit Miller.

Avec leur nouveau système, l'équipe est maintenant en mesure de renoncer à la méthode du carré inverse et de déterminer directement la distance.

La méthode utilise des caméras à base de microscope. Un microscope se trouve sur la table de la source lumineuse et se concentre sur un marqueur de position sur la table du détecteur. Un deuxième microscope se trouve sur la table du détecteur et se concentre sur un marqueur de position sur la table de la source lumineuse. Les distances sont déterminées en ajustant les ouvertures du détecteur et la position des sources lumineuses par rapport aux foyers de leurs microscopes respectifs.

« Les microscopes sont très sensibles à la défocalisation, " dit Zong. " A quelques micromètres de distance, et les microscopes vous le diront. Ils vont brouiller la netteté des images."

Les nouvelles mesures de distance ont également permis aux chercheurs d'évaluer la « vraie intensité, " un chiffre unique qui indique la quantité de lumière émise par la LED quelle que soit la distance.

Un nouveau service pour de nouveaux clients

En plus de ces nouvelles capacités, Les scientifiques du NIST ont également ajouté des instruments, comme un appareil appelé goniophotomètre, ce qui leur permet de faire pivoter une lampe LED pour mesurer la quantité de lumière émise sous différents angles. Au cours des prochains mois, Miller et Zong espèrent adapter le goniophotomètre à un nouveau type de service :la mesure du rendement ultraviolet (UV) des LED.

Les utilisations potentielles des LED produisant des UV comprennent l'irradiation des produits alimentaires pour prolonger leur durée de conservation, ainsi que la stérilisation de l'approvisionnement en eau et du matériel médical.

Traditionnellement, l'irradiation commerciale a utilisé la lumière UV émise par des lampes à vapeur de mercure. Mais au cours de la dernière décennie, les entreprises ont essayé d'adapter les LED à cette fin. Le problème est qu'aucun laboratoire d'étalonnage n'est actuellement capable d'étalonner ces LED produisant des UV.

Le NIST essaie de « penser à l'avance » en préparant cette capacité pour cette « croissance, domaine en évolution, " a déclaré Miller. Les chercheurs espèrent que le nouveau service d'étalonnage LED UV sera prêt d'ici la fin de l'année.