Cómo funciona un espectrorradiómetro de alta precisión y un sistema de esfera integradora

Esfera integradora es un accesorio de espectrofotómetro sencillo pero frecuentemente mal entendido para medir la radiación óptica. Su trabajo en los estudios de muestras de transmisión dispersa y reflectancia difusa es integrar espacialmente el flujo radiante. Es fundamental comprender cómo el esfera integradora funciones Esto se hace antes de poder optimizar un diseño esférico para una determinada aplicación. Para comprender cómo viaja la luz alrededor de la esfera, primero se deben analizar las superficies reflectantes difusas.

Esto conduce a la derivación y discusión del brillo de la superficie interior de un esfera integradora. Una configuración se compone de un esfera integradora y un espectrorradiómetro. Este sistema se utiliza para medir la luz de LED individuales y dispositivos de iluminación LED. Al examinar sus propiedades fotométricas, colorimétricas y eléctricas, se debe examinar la calidad de los LED. Ambos dispositivos serán examinados en este artículo junto con sus aplicaciones.

Los fundamentos de la esfera integradora
La precisión de medición de un esfera integradora sin duda se verá impactado por su diseño. La forma en que la luz se refracta dentro de la esfera se ve afectada por la reflectividad de la superficie de la esfera. También se ve afectado por el tamaño y la ubicación de los puertos, detectores y deflectores. La capacidad de una esfera para integrar la luz puede verse afectada por cada uno de estos factores. Las grandes esferas de 150 mm de diámetro ofrecen mejores propiedades de integración de la luz.

También es menos probable que sus mediciones se vean afectadas por puntos calientes generados por muestras. Las esferas más pequeñas tienen una integración de señal menos efectiva. La gran fracción de puerto que suele estar presente en las esferas más pequeñas puede provocar graves errores de medición debido a la pérdida de flujo. Al seleccionar un accesorio de esfera integradora que sea apropiado para la aplicación del usuario, se deben tener en cuenta todos estos criterios.

¿Qué se puede medir usando una esfera integradora?
Integrando esferas se puede utilizar para evaluar la potencia de fuentes con haces muy divergentes. Estos incluyen LED, Vic CIL y otros diodos láser, y fibra óptica. También se pueden identificar rayos láser paralelos. Esto se hace aprovechando el hecho de que el esfera integradora solo recibe una pequeña cantidad del haz, atenuando efectivamente el haz. También se utilizan para medir las propiedades de difusión de la luz de los materiales, como su transmitancia o reflectancia.

Además, podemos usar la esfera en la dirección opuesta, en lugar de como un dispositivo colector para atrapar y medir un haz. La salida de luz de la lámpara también se puede medir usando las esferas radiantes. Un esfera integradora se utiliza para la mayoría de las mediciones ópticas. Podemos determinar con precisión la potencia total de una luz. Además, la forma en que las muestras reflejan y absorben la luz se comprende fácilmente.

¿Qué es un detector CCD?
Un detector de fotones muy sensible se llama CCD o dispositivo acoplado de carga. Se divide en numerosas secciones diminutas sensibles a la luz llamadas píxeles. Estos se pueden utilizar para reconstruir una imagen del área de interés.

Un CCD es un detector de matriz multicanal para luz ultravioleta, visible e infrarroja cercana construido en silicio. Estos se emplean en espectroscopia debido a su sensibilidad a la luz. Debido a esto, estos detectores pueden analizar la señal Raman. Esta señal por naturaleza es débil. Adicionalmente, permite la operación multicanal, posibilitando la detección del espectro completo en una sola captura.

CCD es ampliamente utilizado más allá de ser sensores en cámaras digitales. Para obtener las mejores características posibles de sensibilidad, homogeneidad y ruido, las versiones utilizadas para la espectroscopia científica son de una calidad mucho mayor. Los detectores CCD suelen ser conjuntos de áreas bidimensionales. Se componen de decenas de miles o millones de elementos detectores individuales o detectores lineales unidimensionales.

Estos componentes se denominan píxeles. La luz y cada elemento interactúan para crear una carga. Se detecta más carga cuando la luz es más brillante o cuando el encuentro dura más. La carga se elimina de los elementos al finalizar la medición. Esto se hace mediante la electrónica de lectura. Luego se calcula cada lectura de carga.

La luz dispersada Raman se distribuye utilizando una rejilla de difracción en un espectrómetro Raman estándar. El eje largo de la matriz CCD está expuesto a esta luz difusa. La luz del borde bajo cm-1 del espectro será detectada por el primer componente. La luz de la siguiente posición espectral será detectada por el segundo elemento, y así sucesivamente. El componente final encontrará la luz que proviene del borde alto cm-1 del espectro.

Los CCD deben enfriarse hasta cierto punto para poder usarlos para espectroscopia de alto grado. Esto se logra comúnmente utilizando enfriamiento criogénico con nitrógeno líquido o enfriamiento Peltier, que puede operar a temperaturas tan bajas como -90 °C. Aunque los detectores enfriados por nitrógeno líquido todavía tienen ventajas para algunas aplicaciones especializadas, la mayoría de los sistemas Raman emplean detectores enfriados por Peltier.

Espectrorradiómetro UV CCD frente a espectrómetro CCD de banda ancha
El rango típico para la capacidad de respuesta del espectro de los detectores CCD estándar es de 200 nm a 1100 nm. Este rango de respuesta de amplio espectro del detector CCD se denomina frecuentemente rango de respuesta del espectrorradiómetro. Esto, sin embargo, ignora la función de respuesta espectral de la rejilla de dispersión, lo que reduce aún más la capacidad de respuesta del detector en el espectro UV. Debido a la luz parásita de onda larga, esto provoca grandes imprecisiones en la señal de medición UV.

La resolución espectral de los espectrómetros de banda ancha suele ser insuficiente para proporcionar mediciones precisas de cosas como los LED UV de banda estrecha. El rango espectral de los espectrorradiómetros CCD hechos específicamente para la radiación UV está limitado, y estos instrumentos permiten una eficiencia de red muy alta junto con una resolución espectral extremadamente alta. También se puede lograr una gran reducción de la luz dispersa mediante el uso de filtros ópticos.

Sistema de esfera de integración de espectroradiómetro de alta precisión
La medición de la luz para LED individuales y productos de iluminación LED se realiza con el LPCE-2 Espectrorradiómetro de esfera integradora Sistema de prueba de LED. Al examinar sus propiedades fotométricas, colorimétricas y eléctricas, se debe examinar la calidad de los LED. Se recomienda utilizar un espectrorradiómetro de matriz con una esfera integradora para probar productos SSL de acuerdo con CIE 177, CIE84, CIE-13.3, IES LM-79-19, Optical-Engineering-49-3-033602, REGLAMENTO DELEGADO (UE) 2019/2015 DE LA COMISIÓN, IESNA LM-63-2, IES-LM-80y ANSI-C78.377.

Una esfera integradora moldeada con base de soporte y un LMS-9000C Espectrorradiómetro CCD de alta precisión o un LMS-9500C El espectrorradiómetro CCD de grado científico se utiliza con el LPCE-2 sistema. En comparación con la esfera integradora convencional, esta esfera es más redondeada y produce resultados de prueba más precisos.

Composición
Los componentes del Esfera integradora de espectrorradiómetro El sistema incluye un espectrorradiómetro de barrido rápido, fibra óptica con conectores, una fuente de luz común, esferas integradoras, un medidor de potencia digital y un gabinete de instrumentos típico.

Características
El sistema puede calcular la distribución de potencia espectral, las coordenadas de cromaticidad, la temperatura de color correlacionada, el índice de reproducción cromática, la diferencia de color, la longitud de onda máxima, la mitad del ancho espectral, la longitud de onda dominante, la pureza del color, el flujo luminoso y la prueba de fotometría, colorimetría y electricidad de las características del LED.

Preguntas Frecuentes
¿Cuáles son algunas de las especificaciones de un sistema de esfera integradora de espectrorradiómetro de alta precisión?
Tienen capacidades de espectro. Repetibilidad de longitud de onda de 0.1 nm y precisión de 0.3 nm. El tiempo necesario para la integración es de 0.110,000 ms. Es capaz de medir tanto la temperatura interna como la externa de la esfera integradora. Los métodos de prueba de flujo incluyen fotométricos, de revisión fotométrica y espectrales. La funcionalidad de lámpara auxiliar es parte del sistema y la funcionalidad de autoabsorción es parte del programa. Es capaz de medir tanto la temperatura interna como la externa de la esfera integradora. Tanto el informe de prueba de mantenimiento óptico del LED como el LM-79 Los informes fotométricos, colorimétricos y de electricidad se pueden exportar en PDF o Excel.

¿Qué es un dispositivo acoplado de carga multiplicador de electrones (EMCCD)?
Un sensor de imagen es un dispositivo acoplado de carga multiplicador de electrones (EMCCD). Con el uso de una estructura multiplicadora de electrones especial incluida en el chip, puede detectar eventos de un solo fotón sin el uso de un intensificador de imagen. Las cámaras EMCCD están diseñadas para superar una limitación física fundamental y brindar una excelente sensibilidad y un rendimiento rápido. Las cámaras CCD tradicionales proporcionaron una lectura rápida a cambio de una alta sensibilidad y un bajo ruido de lectura. Estas cámaras se llamaban con frecuencia cámaras de "barrido lento". EMCCD superó esto mediante la amplificación de la señal.

Como resultado, el ruido de lectura ya no afecta la sensibilidad y se omite de manera efectiva. La adición de un registro serial extendido específico en el chip CCD es lo que hace que la tecnología EMCCD sea única. A través del proceso de ionización por impacto en el silicio, genera ganancia de multiplicación. La señal que llega al instrumento de imagen puede ser tan débil como para mezclarse con el ruido de fondo cuando los fotones son escasos. El ruido electrónico inherente del proceso de lectura está diseñado para reducirse a través de la tecnología EMCCD. Cuando se trata de imágenes con poca luz, las cámaras EMCCD sobresalen.

Estos detectores son ideales para imágenes en vivo porque pueden adquirir cuadros a velocidades más rápidas que sus contrapartes CCD. Las cámaras EMCCD también pueden proporcionar el más alto nivel de sensibilidad para ver las escenas más oscuras. Esto se hace mediante la transformación en sistemas de imágenes de conteo de fotones en tiempo real de campo amplio.

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