Berapa ramai saintis ukuran diperlukan untuk menentukur mentol lampu LED? Bagi penyelidik di Institut Piawaian dan Teknologi Kebangsaan (NIST) di Amerika Syarikat, jumlah ini adalah separuh daripada jumlah beberapa minggu lalu. Pada bulan Jun, NIST telah mula menyediakan perkhidmatan penentukuran yang lebih pantas, lebih tepat dan menjimatkan tenaga kerja untuk menilai kecerahan lampu LED dan produk pencahayaan keadaan pepejal yang lain. Pelanggan perkhidmatan ini termasuk pengeluar lampu LED dan makmal penentukuran lain. Sebagai contoh, lampu yang ditentukur boleh memastikan bahawa mentol LED bersamaan 60 watt dalam lampu meja adalah benar-benar bersamaan dengan 60 watt, atau memastikan bahawa juruterbang dalam jet pejuang mempunyai pencahayaan landasan yang sesuai.

Pengeluar LED perlu memastikan bahawa lampu yang mereka keluarkan benar-benar terang seperti yang direka. Untuk mencapai matlamat ini, kalibrasi lampu ini dengan fotometer, yang merupakan alat yang boleh mengukur kecerahan pada semua panjang gelombang sambil mengambil kira sensitiviti semula jadi mata manusia kepada warna yang berbeza. Selama beberapa dekad, makmal fotometrik NIST telah memenuhi permintaan industri dengan menyediakan kecerahan LED dan perkhidmatan penentukuran fotometrik. Perkhidmatan ini melibatkan mengukur kecerahan LED pelanggan dan lampu keadaan pepejal lain, serta menentukur fotometer pelanggan sendiri. Sehingga kini, makmal NIST telah mengukur kecerahan mentol dengan ketidakpastian yang agak rendah, dengan ralat antara 0.5% dan 1.0%, yang setanding dengan perkhidmatan penentukuran arus perdana.
Kini, terima kasih kepada pengubahsuaian makmal, pasukan NIST telah menggandakan ketidakpastian ini tiga kali ganda kepada 0.2% atau lebih rendah. Pencapaian ini menjadikan kecerahan LED baharu dan perkhidmatan penentukuran fotometer antara yang terbaik di dunia. Para saintis juga telah memendekkan masa penentukuran dengan ketara. Dalam sistem lama, melaksanakan penentukuran untuk pelanggan akan mengambil masa hampir sepanjang hari. Penyelidik NIST Cameron Miller menyatakan bahawa kebanyakan kerja digunakan untuk menyediakan setiap ukuran, menggantikan sumber cahaya atau pengesan, memeriksa jarak antara kedua-duanya secara manual, dan kemudian mengkonfigurasi semula peralatan untuk pengukuran seterusnya.
Tetapi kini, makmal itu terdiri daripada dua meja peralatan automatik, satu untuk sumber cahaya dan satu lagi untuk pengesan. Meja bergerak pada sistem trek dan meletakkan pengesan di mana-mana dari 0 hingga 5 meter dari cahaya. Jarak boleh dikawal dalam 50 bahagian per juta satu meter (mikrometer), iaitu kira-kira separuh lebar rambut manusia. Zong dan Miller boleh memprogramkan jadual untuk bergerak secara relatif antara satu sama lain tanpa memerlukan campur tangan manusia yang berterusan. Dahulu mengambil masa sehari, tetapi kini boleh disiapkan dalam masa beberapa jam. Tidak perlu lagi menggantikan sebarang peralatan, semuanya ada di sini dan boleh digunakan pada bila-bila masa, memberi banyak kebebasan kepada penyelidik untuk melakukan banyak perkara pada masa yang sama kerana ia adalah automatik sepenuhnya.
Anda boleh kembali ke pejabat untuk melakukan kerja lain semasa ia berjalan. Penyelidik NIST meramalkan bahawa pangkalan pelanggan akan berkembang kerana makmal telah menambah beberapa ciri tambahan. Sebagai contoh, peranti baharu boleh menentukur kamera hiperspektral, yang mengukur lebih panjang gelombang cahaya daripada kamera biasa yang biasanya hanya menangkap tiga hingga empat warna. Daripada pengimejan perubatan kepada menganalisis imej satelit Bumi, kamera hiperspektral menjadi semakin popular. Maklumat yang disediakan oleh kamera hiperspektral berasaskan angkasa tentang cuaca dan tumbuh-tumbuhan Bumi membolehkan saintis meramalkan kebuluran dan banjir, dan boleh membantu komuniti dalam merancang bantuan kecemasan dan bencana. Makmal baharu itu juga boleh memudahkan dan lebih cekap bagi penyelidik untuk menentukur paparan telefon pintar, serta paparan TV dan komputer.

Jarak yang betul
Untuk menentukur fotometer pelanggan, Saintis di NIST menggunakan sumber cahaya jalur lebar untuk menerangi pengesan, yang pada asasnya adalah cahaya putih dengan berbilang panjang gelombang (warna), dan kecerahannya sangat jelas kerana pengukuran dibuat menggunakan fotometer standard NIST. Tidak seperti laser, jenis cahaya putih ini tidak koheren, yang bermaksud bahawa semua cahaya dengan panjang gelombang yang berbeza tidak disegerakkan antara satu sama lain. Dalam senario yang ideal, untuk pengukuran yang paling tepat, penyelidik akan menggunakan laser boleh tala untuk menjana cahaya dengan panjang gelombang boleh dikawal, supaya hanya satu panjang gelombang cahaya disinari pada pengesan pada satu masa. Penggunaan laser boleh melaras meningkatkan nisbah isyarat kepada hingar pengukuran.
Walau bagaimanapun, pada masa lalu, laser boleh tala tidak boleh digunakan untuk menentukur fotometer kerana laser panjang gelombang tunggal mengganggu diri mereka sendiri dengan cara yang menambah jumlah bunyi yang berbeza kepada isyarat berdasarkan panjang gelombang yang digunakan. Sebagai sebahagian daripada penambahbaikan makmal, Zong telah mencipta reka bentuk fotometer tersuai yang mengurangkan hingar ini ke tahap yang boleh diabaikan. Ini memungkinkan untuk menggunakan laser boleh tala buat kali pertama untuk menentukur fotometer dengan ketidakpastian yang kecil. Faedah tambahan reka bentuk baharu ialah ia menjadikan peralatan pencahayaan lebih mudah dibersihkan, kerana apertur yang indah kini dilindungi di sebalik tingkap kaca tertutup. Pengukuran keamatan memerlukan pengetahuan yang tepat tentang sejauh mana pengesan dari sumber cahaya.
Sehingga kini, seperti kebanyakan makmal fotometri lain, makmal NIST masih belum mempunyai kaedah ketepatan tinggi untuk mengukur jarak ini. Ini sebahagiannya kerana apertur pengesan, yang melaluinya cahaya dikumpulkan, terlalu halus untuk disentuh oleh peranti pengukur. Penyelesaian biasa adalah untuk penyelidik terlebih dahulu mengukur kecerahan sumber cahaya dan menerangi permukaan dengan kawasan tertentu. Seterusnya, gunakan maklumat ini untuk menentukan jarak ini menggunakan undang-undang kuasa dua songsang, yang menerangkan bagaimana keamatan sumber cahaya berkurangan secara eksponen dengan peningkatan jarak. Pengukuran dua langkah ini tidak mudah untuk dilaksanakan dan memperkenalkan ketidakpastian tambahan. Dengan sistem baharu, pasukan kini boleh meninggalkan kaedah kuasa dua songsang dan secara langsung menentukan jarak.
Kaedah ini menggunakan kamera berasaskan mikroskop, dengan mikroskop terletak pada peringkat sumber cahaya dan memfokuskan pada penanda kedudukan pada peringkat pengesan. Mikroskop kedua terletak pada meja kerja pengesan dan memfokuskan pada penanda kedudukan pada meja kerja sumber cahaya. Tentukan jarak dengan melaraskan apertur pengesan dan kedudukan sumber cahaya kepada fokus mikroskop masing-masing. Mikroskop sangat sensitif terhadap penyahfokusan, dan boleh mengecam walaupun beberapa mikrometer jauhnya. Pengukuran jarak baharu juga membolehkan penyelidik mengukur "keamatan sebenar" LED, yang merupakan nombor berasingan yang menunjukkan bahawa jumlah cahaya yang dipancarkan oleh LED adalah bebas daripada jarak.
Sebagai tambahan kepada ciri baharu ini, saintis NIST juga telah menambah beberapa instrumen, seperti peranti yang dipanggil goniometer yang boleh memutarkan lampu LED untuk mengukur berapa banyak cahaya yang dipancarkan pada sudut yang berbeza. Dalam beberapa bulan akan datang, Miller dan Zong berharap untuk menggunakan spektrofotometer untuk perkhidmatan baharu: mengukur output ultraviolet (UV) LED. Kegunaan LED yang berpotensi untuk menghasilkan sinar ultraungu termasuk penyinaran makanan untuk memanjangkan jangka hayatnya, serta membasmi kuman air dan peralatan perubatan. Secara tradisinya, penyinaran komersial menggunakan cahaya ultraungu yang dipancarkan oleh lampu wap merkuri.