Justervesenet med publiserte artikler i det anerkjente tidsskriftet Metrologia
Gjennom europeiske forskningsprosjekter har Justervesenet ledet utviklingen av det som ser ut til å være verdens beste fotodetektor. I forbindelse med prosjektene er to artikler fagfellegodkjent og aktuelle for Metrologia.
Radiometriske målinger brukes i stor grad i jord- og romobservasjoner, i økende grad i medisinsk instrumentering og analyse, kvalitetskontroll av matvarer og produksjon, industriell framstilling av display/skjermer/LEDs, fotometri for å nevne noe. Dermed blir det viktig å finne metoder som gjør målingene bedre, enklere og mer nøyaktige.
2 primærmetoder for måling av optisk effekt
Senioringeniør Marit Ulset i Justervesenet er hovedforfatter på en artikkel som beskriver en detektor som kombinerer to ulike primærmetoder for måling av optisk effekt (lysstyrke) i én og samme detektor. Detektoren består av en fotodiode, og den brukes til å omdanne innkommende lys til en elektrisk strøm. (Metode 1).
I tillegg er det en temperatursensor på fotodioden, som gjør at detektoren også kan brukes til å sammenligne lysets termiske energi og elektrisk energi. (Metode 2).
En fotodiode har interne tap, noe som betyr at en liten andel av det innkommende lyset i metode 1 ikke omdannes til strøm. Disse tapene avhenger blant annet av temperatur, lysstyrken og bølgelengden til lyset, og tapene må kalibreres før detektoren kan brukes til å gi en nøyaktig måling av lysstyrken. Den termiske målemetoden (metode 2) bruker elektrisk strøm som referanse, og ved å sammenligne resultatene fra de to metodene kan den termiske målemetoden brukes til å kalibrere de interne tapene til fotodioden. Elektriske referanser er mye mer nøyaktige og stabile i forhold til optiske referanser. Det er derfor ikke nødvendig med en ekstern referanse for kalibreringen av tapene, noe som betyr at detektoren er selv-kalibrerende!
Ekvivalensen mellom optisk og elektrisk oppvarming er avhengig av posisjonen som lysstrålen treffer. Dette har betydning for bestemmelse av tapene til detektoren. Målingene bekrefter posisjonsavhengigheten som ble prediktert med simuleringer. Dette viser at man har oppnådd lav støy og nærmer seg nøyaktigheten til et cryogent radiometer (100 ppm – 200 ppm).
Beregninger ved simuleringer
I en ideell detektor er antall elektroner ut likt antallet fotoner inn, men det forekommer alltid interne tap. Senioringeniør Trinh Tran i Justervesenet er hovedforfatter på en artikkel som beskriver en metode hvor strømmen fra fotodetektoren analyseres og tapene til detektoren finnes ved hjelp av 3D simuleringer. De ulike tapskomponentene til detektoren gir en unik signatur og når egenskapene til detektoren er kjent kan man beregne responsen over et bredt spekter med svært lav usikkerhet. Faktisk så lav som noen gang har vært oppnådd!
Dette demonstrerer en helt ny metode for å finne responsen til en detektor. Målinger gjort kun ved en bølgelengde er nok til å finne responsen over et stort spektralområde. Dette gjør at man kan bruke fotostrømsignalet direkte uten å måtte ta instrumentet til laboratoriet for rekalibrering.
Tilpasning av simuleringsmodell til måledata trekker ut tapsparametrene til detektoren ved en bølgelengde.
Dette kan benyttes til å beregne responsen til detektoren over et stort spektralområde med svært lav usikkerhet sammenlignet med eksisterende primærnormal.
Illustrasjonsvideo fra ChipSCale-prosjektet hvor detektoren ble utviklet.
Les mer om dette prosjektet her