Koliko merilnih znanstvenikov je potrebnih za kalibracijo LED žarnice? Za raziskovalce na Nacionalnem inštitutu za standarde in tehnologijo (NIST) v Združenih državah je ta številka polovica tiste, ki je bila pred nekaj tedni. Junija je NIST začel zagotavljati hitrejše, natančnejše in varčne storitve kalibracije za ocenjevanje svetlosti LED luči in drugih polprevodniških izdelkov za razsvetljavo. Stranke te storitve vključujejo proizvajalce LED luči in druge kalibracijske laboratorije. Na primer, kalibrirana svetilka lahko zagotovi, da je 60-vatna LED-žarnica v namizni svetilki resnično enaka 60-vatnim žarnicam, ali pa zagotovi, da ima pilot v lovskem letalu ustrezno osvetlitev vzletno-pristajalne steze.

Proizvajalci LED morajo zagotoviti, da so luči, ki jih proizvajajo, resnično tako svetle, kot so načrtovane. Da bi to dosegli, te svetilke umerite s fotometrom, ki je orodje, ki lahko meri svetlost pri vseh valovnih dolžinah, pri tem pa upošteva naravno občutljivost človeškega očesa na različne barve. Fotometrični laboratorij NIST že desetletja izpolnjuje zahteve industrije z zagotavljanjem storitev svetlosti LED in fotometrične kalibracije. Ta storitev vključuje merjenje svetlosti strankinih LED in drugih polprevodniških luči ter kalibracijo strankinega lastnega fotometra. Laboratorij NIST je do zdaj meril svetlost žarnice z relativno nizko negotovostjo, z napako med 0,5 % in 1,0 %, kar je primerljivo z običajnimi kalibracijskimi storitvami.
Zdaj, zahvaljujoč prenovi laboratorija, je skupina NIST te negotovosti potrojila na 0,2 % ali manj. Zaradi tega dosežka je nova storitev svetilnosti LED in kalibracije fotometra ena najboljših na svetu. Znanstveniki so tudi znatno skrajšali čas kalibracije. V starih sistemih bi izvedba kalibracije za stranke trajala skoraj cel dan. Raziskovalec NIST Cameron Miller je izjavil, da se večina dela porabi za nastavitev posamezne meritve, zamenjavo svetlobnih virov ali detektorjev, ročno preverjanje razdalje med obema in nato ponovno konfiguracijo opreme za naslednjo meritev.
Zdaj pa je laboratorij sestavljen iz dveh miz z avtomatizirano opremo, eno za vir svetlobe in drugo za detektor. Miza se premika po sistemu tirnic in postavi detektor kjerkoli od 0 do 5 metrov stran od svetlobe. Razdaljo je mogoče nadzorovati znotraj 50 delcev na milijon enega metra (mikrometra), kar je približno polovica širine človeškega lasu. Zong in Miller lahko programirata mize, da se med seboj premikajo brez nenehnega človeškega posredovanja. Včasih je trajalo en dan, zdaj pa ga je mogoče dokončati v nekaj urah. Ni več treba zamenjati nobene opreme, vse je tukaj in se lahko uporablja kadar koli, kar daje raziskovalcem veliko svobode, da počnejo veliko stvari hkrati, ker je popolnoma avtomatizirano.
Med delovanjem se lahko vrnete v pisarno in opravite drugo delo. Raziskovalci NIST napovedujejo, da se bo baza strank razširila, saj je laboratorij dodal več dodatnih funkcij. Na primer, nova naprava lahko kalibrira hiperspektralne kamere, ki merijo veliko večjo valovno dolžino svetlobe kot tipične kamere, ki običajno zajemajo samo tri do štiri barve. Hiperspektralne kamere postajajo vse bolj priljubljene, od medicinskega slikanja do analize satelitskih posnetkov Zemlje. Informacije o vremenu in vegetaciji Zemlje, ki jih zagotavljajo vesoljske hiperspektralne kamere, znanstvenikom omogočajo napovedovanje lakote in poplav ter lahko skupnostim pomagajo pri načrtovanju pomoči v nujnih primerih in nesrečah. Novi laboratorij lahko tudi olajša in učinkoviteje za raziskovalce umerjanje zaslonov pametnih telefonov ter TV in računalniških zaslonov.

Pravilna razdalja
Za umerjanje strankinega fotometra znanstveniki NIST uporabljajo širokopasovne svetlobne vire za osvetlitev detektorjev, ki so v bistvu bela svetloba z več valovno dolžinami (barvami), njena svetlost pa je zelo jasna, ker se meritve izvajajo s standardnimi fotometri NIST. Za razliko od laserjev je ta vrsta bele svetlobe nekoherentna, kar pomeni, da vse svetlobe različnih valovnih dolžin med seboj niso sinhronizirane. V idealnem scenariju bodo raziskovalci za najnatančnejšo meritev uporabili nastavljive laserje za ustvarjanje svetlobe z nadzorovanimi valovnimi dolžinami, tako da bo na detektor obsevana le ena valovna dolžina svetlobe. Uporaba nastavljivih laserjev poveča razmerje med signalom in šumom meritve.
Vendar pa v preteklosti nastavljivih laserjev ni bilo mogoče uporabiti za kalibracijo fotometrov, ker so laserji z eno valovno dolžino interferirali sami vase na način, ki je signalu dodal različne količine šuma glede na uporabljeno valovno dolžino. Kot del laboratorijskih izboljšav je Zong ustvaril prilagojeno zasnovo fotometra, ki ta hrup zmanjša na zanemarljivo raven. To omogoča prvič uporabo nastavljivih laserjev za kalibracijo fotometrov z majhnimi negotovostmi. Dodatna prednost nove zasnove je, da olajša čiščenje opreme za razsvetljavo, saj je izjemna odprtina zdaj zaščitena za zaprtim steklenim oknom. Merjenje intenzivnosti zahteva natančno poznavanje oddaljenosti detektorja od vira svetlobe.
Tako kot večina drugih fotometričnih laboratorijev, laboratorij NIST do zdaj še nima visoko natančne metode za merjenje te razdalje. To je deloma zato, ker je odprtina detektorja, skozi katero se zbira svetloba, preveč subtilna, da bi se je merilna naprava dotaknila. Običajna rešitev je, da raziskovalci najprej izmerijo osvetljenost svetlobnega vira in osvetlijo površino z določeno površino. Nato uporabite te informacije za določitev teh razdalj z uporabo inverznega kvadratnega zakona, ki opisuje, kako se jakost svetlobnega vira eksponentno zmanjšuje z večanjem razdalje. Te meritve v dveh korakih ni lahko izvesti in prinaša dodatno negotovost. Z novim sistemom lahko ekipa zdaj opusti inverzno kvadratno metodo in neposredno določi razdaljo.
Ta metoda uporablja kamero na osnovi mikroskopa, pri čemer mikroskop sedi na mizici svetlobnega vira in se osredotoča na oznake položaja na mizici detektorja. Drugi mikroskop se nahaja na delovni mizi detektorja in se osredotoča na oznake položaja na delovni mizi svetlobnega vira. Določite razdaljo tako, da prilagodite zaslonko detektorja in položaj svetlobnega vira glede na žarišče njihovih mikroskopov. Mikroskopi so zelo občutljivi na defokusiranje in lahko prepoznajo celo nekaj mikrometrov stran. Nova meritev razdalje raziskovalcem omogoča tudi merjenje "prave intenzivnosti" LED diod, ki je ločena številka, ki kaže, da je količina svetlobe, ki jo oddajajo LED diode, neodvisna od razdalje.
Poleg teh novih funkcij so znanstveniki NIST dodali tudi nekaj instrumentov, kot je naprava, imenovana goniometer, ki lahko vrti LED luči, da izmeri, koliko svetlobe se oddaja pod različnimi koti. V prihodnjih mesecih Miller in Zong upata, da bosta uporabila spektrofotometer za novo storitev: merjenje ultravijoličnega (UV) izhoda LED. Potencialne uporabe LED za ustvarjanje ultravijoličnih žarkov vključujejo obsevanje hrane za podaljšanje roka uporabnosti ter razkuževanje vode in medicinske opreme. Tradicionalno komercialno obsevanje uporablja ultravijolično svetlobo, ki jo oddajajo žarnice z živosrebrno paro.