Cantos científicos de medición son necesarios para calibrar unha lámpada LED? Para os investigadores do Instituto Nacional de Estándares e Tecnoloxía (NIST) dos Estados Unidos, esta cifra é a metade do que era hai unhas semanas. En xuño, o NIST comezou a ofrecer servizos de calibración máis rápidos, precisos e que aforran traballo para avaliar o brillo das luces LED e outros produtos de iluminación de estado sólido. Os clientes deste servizo inclúen fabricantes de luces LED e outros laboratorios de calibración. Por exemplo, unha lámpada calibrada pode garantir que a lámpada LED de 60 watts equivalente na lámpada de escritorio sexa realmente equivalente a 60 watts, ou asegurarse de que o piloto do avión de combate teña a iluminación adecuada da pista.

Os fabricantes de LED deben asegurarse de que as luces que fabrican sexan realmente tan brillantes como están deseñadas. Para conseguilo, calibra estas lámpadas cun fotómetro, que é unha ferramenta que permite medir o brillo en todas as lonxitudes de onda tendo en conta a sensibilidade natural do ollo humano ás diferentes cores. Durante décadas, o laboratorio fotométrico do NIST cumpriu as demandas da industria proporcionando servizos de calibración fotométrica e brillo LED. Este servizo consiste na medición do brillo do LED e doutras luces de estado sólido do cliente, así como a calibración do fotómetro do propio cliente. Ata agora, o laboratorio do NIST estivo medindo o brillo da lámpada cunha incerteza relativamente baixa, cun erro entre o 0,5% e o 1,0%, que é comparable aos servizos de calibración habituais.
Agora, grazas á renovación do laboratorio, o equipo do NIST triplicou estas incertezas ata o 0,2% ou menos. Este logro fai que o novo servizo de calibración de brillo LED e fotómetro sexa un dos mellores do mundo. Os científicos tamén acurtaron significativamente o tempo de calibración. Nos sistemas antigos, realizar unha calibración para os clientes levaría case un día enteiro. O investigador do NIST, Cameron Miller, afirmou que a maior parte do traballo úsase para configurar cada medida, substituír fontes de luz ou detectores, comprobar manualmente a distancia entre ambos e, a continuación, reconfigurar o equipo para a seguinte medición.
Pero agora, o laboratorio consta de dúas mesas de equipos automatizados, unha para a fonte de luz e outra para o detector. A mesa móvese sobre o sistema de vías e coloca o detector a unha distancia de 0 a 5 metros da luz. A distancia pódese controlar dentro de 50 partes por millón dun metro (micrómetro), que é aproximadamente a metade do ancho do cabelo humano. Zong e Miller poden programar táboas para que se movan entre si sen necesidade dunha intervención humana continua. Antes tardaba un día, pero agora pódese completar en poucas horas. Xa non é necesario substituír ningún equipo, todo está aquí e pódese utilizar en calquera momento, o que dá moita liberdade aos investigadores para facer moitas cousas ao mesmo tempo porque está completamente automatizado.
Podes volver á oficina para facer outro traballo mentres estea funcionando. Os investigadores do NIST prevén que a base de clientes se ampliará xa que o laboratorio engadiu varias funcións adicionais. Por exemplo, o novo dispositivo pode calibrar cámaras hiperespectrais, que miden moita máis lonxitude de onda da luz que as cámaras típicas que normalmente só captan de tres a catro cores. Desde as imaxes médicas ata a análise de imaxes de satélite da Terra, as cámaras hiperespectrais son cada vez máis populares. A información proporcionada polas cámaras hiperespectrais baseadas no espazo sobre o tempo e a vexetación da Terra permite aos científicos prever fames e inundacións, e pode axudar ás comunidades a planificar a axuda de emerxencia e desastres. O novo laboratorio tamén pode facer máis fácil e eficiente para os investigadores calibrar pantallas de teléfonos intelixentes, así como pantallas de televisión e ordenadores.

Distancia correcta
Para calibrar o fotómetro do cliente, os científicos do NIST usan fontes de luz de banda ancha para iluminar os detectores, que son esencialmente luz branca con varias lonxitudes de onda (cores) e o seu brillo é moi claro porque as medicións fanse utilizando fotómetros estándar do NIST. A diferenza dos láseres, este tipo de luz branca é incoherente, o que significa que toda a luz de diferentes lonxitudes de onda non está sincronizada entre si. Nun escenario ideal, para a medición máis precisa, os investigadores utilizarán láseres sintonizables para xerar luz con lonxitudes de onda controlables, de modo que só se irradie unha lonxitude de onda de luz no detector á vez. O uso de láseres sintonizables aumenta a relación sinal-ruído da medida.
Non obstante, no pasado, os láseres sintonizables non se podían usar para calibrar fotómetros porque os láseres de lonxitude de onda única interferían consigo mesmos dun xeito que engadía diferentes cantidades de ruído ao sinal en función da lonxitude de onda utilizada. Como parte da mellora do laboratorio, Zong creou un deseño de fotómetro personalizado que reduce este ruído a un nivel insignificante. Isto fai posible utilizar láseres sintonizables por primeira vez para calibrar fotómetros con pequenas incertezas. O beneficio adicional do novo deseño é que facilita a limpeza do equipo de iluminación, xa que a exquisita abertura agora está protexida detrás da ventá de vidro selado. A medición da intensidade require un coñecemento preciso de ata que punto está o detector da fonte de luz.
Ata agora, como a maioría dos outros laboratorios de fotometría, o laboratorio do NIST aínda non dispón dun método de alta precisión para medir esta distancia. Isto débese en parte a que a apertura do detector, a través da cal se recolle a luz, é demasiado sutil para ser tocada polo dispositivo de medición. Unha solución común é que os investigadores midan primeiro a iluminancia da fonte de luz e iluminen unha superficie cunha determinada área. A continuación, use esta información para determinar estas distancias mediante a lei do cadrado inverso, que describe como a intensidade dunha fonte de luz diminúe exponencialmente ao aumentar a distancia. Esta medición en dous pasos non é fácil de implementar e introduce incerteza adicional. Co novo sistema, o equipo agora pode abandonar o método do cadrado inverso e determinar directamente a distancia.
Este método usa unha cámara baseada nun microscopio, cun microscopio sentado no escenario da fonte de luz e centrándose nos marcadores de posición no escenario detector. O segundo microscopio está situado no banco de traballo do detector e céntrase nos marcadores de posición do banco de traballo da fonte de luz. Determine a distancia axustando a apertura do detector e a posición da fonte de luz ao foco dos seus respectivos microscopios. Os microscopios son moi sensibles ao desenfocamento e poden recoñecelo incluso a poucos micrómetros de distancia. A nova medición da distancia tamén permite aos investigadores medir a "intensidade verdadeira" dos LED, que é un número separado que indica que a cantidade de luz emitida polos LED é independente da distancia.
Ademais destas novas características, os científicos do NIST tamén engadiron algúns instrumentos, como un dispositivo chamado goniómetro que pode xirar luces LED para medir canta luz se emite en diferentes ángulos. Nos próximos meses, Miller e Zong esperan utilizar un espectrofotómetro para un novo servizo: medir a saída ultravioleta (UV) dos LED. Os posibles usos do LED para xerar raios ultravioleta inclúen irradiar alimentos para prolongar a súa vida útil, así como desinfectar auga e equipos médicos. Tradicionalmente, a irradiación comercial utiliza a luz ultravioleta emitida polas lámpadas de vapor de mercurio.