Strumenti di misura della radiazione L. Mercatelli Istituto Nazionale di Ottica Applicata

Scegliere un rivelatore Sensibilità spettrale Può essere cambiato picco di sensibilità o larghezza di banda ma vi deve essere sufficiente segnale iniziale Insensibilità alla radiazione fuori della banda d’interesse

Rivelatori al silicio Giunzione P-N: Diodo polarizzato inversamente Corrente proporzionale luce incidente Radiazione assorbita esponenzialmente con la distanza. Proporzionale al coeff. Assorbimento Coeff. Assorbimento alto per  corte (UV) e basso per  lunghe (IR) - trasparente per >1200 nm

Rivelatori al silicio Linearità mantenuta entro range dinamico di 10 decadi  Utilizzati come standard al NIST Limite teorico di sensibilità  corrente di buio, rumore shot, rumore termico Limite pratico di sensibilità  irradianza che produce una corrente confrontabile con la corrente di buio

Scelta dei filtri Risposta fotorivelatore I filtri funzionano per assorbimento o per interferenza Assorbimento: Legge Lambert-Beer. Banda larga, passa-alto Interferenza: deposizioni dielettriche causano interferenza dei fronti d’onda. Banda stretta

Filtraggio -1 ES. Il fotodiodo viene filtrato in modo da modificarne la sensibilità e renderla più simile a quella dell’occhio umano

Filtraggio -2

Luxmetro Misura W/m2 “pesati” sulla risposta dell’occhio (LUX) FOTODIODO FILTRO TESTA - COSENO

Tipologie di illuminanti

Color Correction Factor

Vacuum Photodiodes Fototubo: sensore basato su effetto fotoelettrico Coating del catodo con materiali che emettono elettroni se colpiti da radiazione (es. Cesio) Anodo a 50-90V per raccogliere gli elettroni uscenti dal catodo. (Tecnologia odierna  pochi Volts ddp)

Vacuum Photodiodes La sensibilità spettrale è determinata dal materiale del catodo Es: fototubi per UV catodo Cs-Te

Fotomoltiplicatori Emissione secondaria dai dinodi Alto guadagno Utilizzati in conteggio di singolo fotone

Termopile Effetto Seebeck (Thomas Johann Seebeck, 1770-1831). Una corrente elettrica scorre in un circuito costituito da due conduttori metallici in serie quando le due giunzioni sono a temperature diverse. La fem è proporzionale alla differenza di temperatura delle giunzioni

Termopile Giunzione “calda” immersa in assorbitore Giunzione “fredda” schermata da vernice od altro Sensibilità spettrale dipende da assorbitore

Filtri per Irradianza Effettiva Combinazione filtro-sensibilità spettrale per misure di irradianza effettiva Irradianza effettiva: irradianza pesata in proporzione all’effetto chimico o biologico che ha la luce su una determinata sostanza Es: Funzione peso per irraggiamento della pelle umana usata per determinare il rischio UV

Campo di vista del rivelatore Importanza del campo di vista, in accordo al tipo di misura da compiere: Es. Misura di irraggiamento della pelle umana: la pelle è piana e diffondente ed assorbe radiazione in proporzione all’angolo di incidenza Es. Misure di radianza necessitano angoli di accettazione stretti I fotodiodi al silicio hanno risposta coseno, ma l’introduzione di filtri davanti ne limita il campo Un campo di vista stretto porta a misurare segnali bassi. Per compensare il problema si aumenta la sezione del fascio misurato tramite lenti

Misure di radianza spettrale Spettroradiometro Misure di radianza spettrale

Misure con spettroradiometro Spectralon: Superficie che riflette tutte le lungh. d’onda con la stessa efficienza. La diffusione nello spazio rispetta la legge di Lambert SORGENTE SPECTRALON

Il colore -1 CAMPIONE COLORATO SORGENTE In termini di spettro, il colore è: L’EMISSIONE DELLA SORGENTE CHE NON VIENE ASSORBITA DAL CAMPIONE MA RIDISTRIBUITA NELLO SPAZIO

Il colore -2

CONCLUSIONI I rivelatori di LUX o rivelatori filtrati danno informazione integrale: POSSIBILE PROBLEMA: posso avere molti lux ma emissione monocromatica POSSIBILE ESPERIMENTO: led blu  tanti lux, poche frequenze Gli spettroradiometri danno duplice informazione: “QUANTA” luce, e “COME E’ FATTA”