Wie funktioniert ein hochpräzises Spektroradiometer und Ulbrichtkugel-System?

Integrierende Sphäre ist ein einfaches, aber häufig missverstandenes Zubehör für Spektralphotometer zur Messung optischer Strahlung. Seine Aufgabe bei Probenuntersuchungen zur Streuübertragung und diffusen Reflexion besteht darin, den Strahlungsfluss räumlich zu integrieren. Es ist entscheidend zu verstehen, wie die integrierende Kugel Funktionen. Dies geschieht, bevor man ein sphärisches Design für eine bestimmte Anwendung optimieren kann. Um zu verstehen, wie Licht um die Kugel wandert, müssen zuerst diffus reflektierende Oberflächen diskutiert werden.

Dies führt zur Ableitung und Diskussion der Helligkeit der Innenfläche von an integrierende Kugel. Ein Setup besteht aus einem integrierende Kugel und ein Spektroradiometer. Dieses System wird verwendet, um das Licht von einzelnen LEDs und LED-Beleuchtungsgeräten zu messen. Durch die Untersuchung ihrer photometrischen, farbmetrischen und elektrischen Eigenschaften sollten LEDs auf ihre Qualität untersucht werden. Beide Geräte werden in diesem Artikel zusammen mit ihren Anwendungen untersucht.

Die Grundlagen der Integrating Sphere
Die Messgenauigkeit einer integrierende Kugel wird zweifellos durch sein Design beeinflusst. Wie das Licht innerhalb der Kugel gebrochen wird, wird durch das Reflexionsvermögen der Kugeloberfläche beeinflusst. Es wird auch durch die Größe und Platzierung von Öffnungen, Detektoren und Leitblechen beeinflusst. Die Fähigkeit einer Kugel, Licht zu integrieren, kann durch jeden dieser Faktoren beeinflusst werden. Große Kugeln mit 150 mm Durchmesser bieten bessere Lichtintegrationseigenschaften.

Es ist auch weniger wahrscheinlich, dass ihre Messungen durch durch Proben erzeugte Hotspots beeinflusst werden. Kleinere Kugeln haben eine weniger effektive Signalintegration. Der in kleineren Kugeln häufig vorhandene große Portanteil kann aufgrund von Flussverlusten zu schweren Messfehlern führen. Bei der Auswahl eines für die Anwendung des Anwenders geeigneten Ulbricht-Kugel-Aufsatzes müssen alle diese Kriterien berücksichtigt werden.

Was kann mit einer Ulbricht-Kugel gemessen werden?
Ulbrichtkugeln kann verwendet werden, um die Leistung von Quellen mit stark divergierenden Strahlen zu bewerten. Dazu gehören LEDs, Vic CIL und andere Laserdioden sowie Faseroptik. Auch parallele Laserstrahlen können identifiziert werden. Dies geschieht unter Ausnutzung der Tatsache, dass die integrierende Kugel empfängt nur einen kleinen Teil des Strahls, wodurch der Strahl effektiv gedämpft wird. Sie werden auch verwendet, um die lichtstreuenden Eigenschaften von Materialien zu messen, wie z. B. deren Transmission oder Reflexion.

Darüber hinaus können wir die Kugel in der entgegengesetzten Richtung verwenden, anstatt als Sammelvorrichtung, um einen Strahl einzufangen und zu messen. Die Lichtleistung der Lampe kann auch mit den strahlenden Kugeln gemessen werden. Ein integrierende Kugel wird für die meisten optischen Messungen verwendet. Wir können die Gesamtleistung einer Leuchte genau bestimmen. Darüber hinaus ist die Art und Weise, in der Proben Licht reflektieren und absorbieren, leicht zu verstehen.

Was ist ein CCD-Detektor?
Ein sehr empfindlicher Photonendetektor wird als CCD oder Charge Coupled Device bezeichnet. Es ist in zahlreiche winzige, lichtempfindliche Abschnitte, die Pixel genannt werden, zerlegt. Diese können verwendet werden, um ein Bild des interessierenden Bereichs zusammenzusetzen.

Ein CCD ist ein Mehrkanal-Array-Detektor für UV-, sichtbares und nahes Infrarotlicht, der auf Silizium aufgebaut ist. Diese werden wegen ihrer Lichtempfindlichkeit in der Spektroskopie eingesetzt. Aus diesem Grund können diese Detektoren das Raman-Signal analysieren. Dieses Signal ist von Natur aus schwach. Darüber hinaus ermöglicht es einen Mehrkanalbetrieb, wodurch das gesamte Spektrum in einer einzigen Aufnahme erfasst werden kann.

CCD wird weithin verwendet, abgesehen davon, dass es sich um Sensoren in Digitalkameras handelt. Für die feinstmögliche Empfindlichkeit, Homogenität und Rauscheigenschaften sind Versionen, die für die wissenschaftliche Spektroskopie verwendet werden, von viel höherer Qualität. CCD-Detektoren sind typischerweise zweidimensionale Flächenarrays. Sie bestehen aus Zehntausenden oder Millionen einzelnen Detektorelementen oder eindimensionalen Zeilendetektoren.

Diese Komponenten werden als Pixel bezeichnet. Licht und jedes Element interagieren, um eine Ladung zu erzeugen. Mehr Ladung wird erkannt, wenn das Licht heller ist oder die Begegnung länger dauert. Am Ende der Messung wird die Ladung von den Elementen entfernt. Dies erfolgt durch eine Ausleseelektronik. Jeder Ladungsmesswert wird dann berechnet.

Das Raman-Streulicht wird unter Verwendung eines Beugungsgitters in einem Standard-Raman-Spektrometer gespreizt. Die Längsachse des CCD-Arrays wird diesem Streulicht ausgesetzt. Licht vom unteren cm-1-Rand des Spektrums wird von der ersten Komponente detektiert. Das Licht der nächsten Spektralposition wird vom zweiten Element detektiert und so weiter. Die letzte Komponente findet Licht, das vom hohen cm-1-Rand des Spektrums kommt.

CCDs müssen teilweise gekühlt werden, um für hochwertige Spektroskopie eingesetzt werden zu können. Dies wird üblicherweise entweder durch kryogene Kühlung mit flüssigem Stickstoff oder durch Peltier-Kühlung erreicht, die bei Temperaturen von bis zu -90 °C betrieben werden kann. Obwohl Flüssigstickstoff-gekühlte Detektoren immer noch Vorteile für einige spezialisierte Anwendungen haben, verwenden die meisten Raman-Systeme Peltier-gekühlte Detektoren.

UV-CCD-Spektroradiometer vs. Breitband-CCD-Spektrometer
Der typische Bereich für die Spektralempfindlichkeit von Standard-CCD-Detektoren liegt zwischen 200 nm und 1100 nm. Dieser Breitspektrum-Ansprechempfindlichkeitsbereich des CCD-Detektors wird häufig als der Ansprechempfindlichkeitsbereich des Spektroradiometers bezeichnet. Dies vernachlässigt jedoch die spektrale Empfindlichkeitsfunktion des Dispersionsgitters, was die Empfindlichkeit des Detektors im UV-Spektrum weiter verringert. Dies führt durch langwelliges Streulicht zu großen Ungenauigkeiten im UV-Messsignal.

Die spektrale Auflösung von Breitbandspektrometern reicht häufig nicht aus, um genaue Messungen von Dingen wie Schmalband-UV-LEDs zu liefern. Der Spektralbereich von speziell für UV-Strahlung hergestellten CCD-Spektroradiometern ist begrenzt, und diese Geräte ermöglichen eine sehr hohe Gittereffizienz in Verbindung mit einer extrem hohen spektralen Auflösung. Eine starke Reduzierung des Streulichts kann auch durch den Einsatz von optischen Filtern erreicht werden.

Hochpräzises Spektroradiometer mit integriertem Kugelsystem
Die Lichtmessung für einzelne LEDs und LED-Beleuchtungsprodukte erfolgt mit dem LPCE-2 Spektralradiometer mit integrierender Kugel LED-Testsystem. Durch die Untersuchung ihrer photometrischen, farbmetrischen und elektrischen Eigenschaften sollten LEDs auf ihre Qualität untersucht werden. Es wird empfohlen, ein Array-Spektroradiometer mit einer Ulbrichtkugel zu verwenden, um SSL-Waren gemäß zu testen CIE 177, CIE84, CIE-13.3, IES LM-79-19, Optical-Engineering-49-3-033602, DELEGIERTE VERORDNUNG (EU) 2019/2015 DER KOMMISSION, IESNA LM-63-2, IES-LM-80 und ANSI-C78.377.

Eine geformte Ulbrichtkugel mit Halterbasis und entweder einem LMS-9000C Hochpräzises CCD-Spektroradiometer oder ein LMS-9500C CCD-Spektroradiometer in wissenschaftlicher Qualität werden mit dem verwendet LPCE-2 System. Im Vergleich zur herkömmlichen Ulbrichtkugel ist diese Kugel runder und liefert genauere Prüfergebnisse.

Zusammensetzung
Die Komponenten der Spektroradiometer Ulbrichtkugel Das System umfasst ein Spektralradiometer mit schneller Abtastung, Glasfaser mit Anschlüssen, eine gemeinsame Lichtquelle, Ulbricht-Kugeln, ein digitales Leistungsmessgerät und einen typischen Instrumentenschrank.

Eigenschaften
Das System kann die spektrale Leistungsverteilung, die Farbkoordinaten, die ähnlichste Farbtemperatur, den Farbwiedergabeindex, den Farbabstand, die Spitzenwellenlänge, die spektrale Halbwertsbreite, die dominante Wellenlänge, die Farbreinheit, den Lichtstrom usw. berechnen der Test für Photometrie, Kolorimetrie und Elektrizität von LED-Eigenschaften.

FAQs
Was sind einige der Spezifikationen eines hochpräzisen Spektroradiometer-Ulbrichtkugelsystems?
Sie verfügen über Spektrumfähigkeiten. Wellenlängenwiederholbarkeit von 0.1 nm und Präzision von 0.3 nm. Die für die Integration benötigte Zeit beträgt 0.110,000 ms. Es ist in der Lage, sowohl die Innen- als auch die Außentemperatur der Ulbrichtkugel zu messen. Zu den Methoden zur Flussprüfung gehören photometrische, photometrische Revisions- und spektrale Methoden. Die Zusatzlampenfunktionalität ist Teil des Systems und die Selbstabsorptionsfunktionalität ist Teil des Programms. Es ist in der Lage, sowohl die Innen- als auch die Außentemperatur der Ulbrichtkugel zu messen. Sowohl der LED-Optik-Wartungstestbericht als auch der LM-79 Photometrische, kolorimetrische und Elektrizitätsberichte können in PDF oder Excel exportiert werden.

Was ist ein Electron Multiplying Charge-Coupled Device (EMCCD)?
Ein Bildsensor ist ein elektronenvervielfachendes ladungsgekoppeltes Bauelement (EMCCD). Durch die Verwendung einer speziellen elektronenvervielfachenden Struktur, die in den Chip integriert ist, kann er einzelne Photonenereignisse ohne die Verwendung eines Bildverstärkers erkennen. EMCCD-Kameras wurden entwickelt, um eine grundlegende physikalische Einschränkung zu umgehen und eine hervorragende Empfindlichkeit und schnelle Leistung zu bieten. Herkömmliche CCD-Kameras lieferten ein schnelles Lesen bei einem Kompromiss zwischen hoher Empfindlichkeit und geringem Ausleserauschen. Diese Kameras wurden häufig als „Slow-Scan“-Kameras bezeichnet. EMCCD überwand dies durch Signalverstärkung.

Als Ergebnis beeinflusst das Ausleserauschen die Empfindlichkeit effektiv nicht mehr und wird effektiv umgangen. Das Hinzufügen eines speziellen erweiterten seriellen Registers auf dem CCD-Chip macht die EMCCD-Technologie einzigartig. Durch den Stoßionisationsprozess in Silizium wird eine Multiplikationsverstärkung erzeugt. Das Signal, das das Bildgebungsinstrument erreicht, kann so schwach sein, dass es sich mit dem Hintergrundrauschen vermischt, wenn nur wenige Photonen vorhanden sind. Das dem Auslesevorgang eigene elektronische Rauschen soll durch die EMCCD-Technologie verringert werden. Wenn es um Low-Light-Imaging geht, zeichnen sich EMCCD-Kameras aus.

Diese Detektoren sind ideal für die Live-Bildgebung, da sie Frames schneller erfassen können als ihre CCD-Pendants. EMCCD-Kameras können auch die höchste Empfindlichkeit für die Anzeige der dunkelsten Szenen bieten. Dies erfolgt durch Umwandlung in Echtzeit-Bildgebungssysteme mit Weitfeld-Echtzeit-Photonenzählung.

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