Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Strumenti di misura della
radiazione
L. Mercatelli
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
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
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Rivelatori al silicio
•
•
•
•
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
Giunzione P-N: Diodo polarizzato
inversamente
Corrente proporzionale luce incidente
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
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
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Scelta dei filtri
2
Risposta fotorivelatore
perc
perc
perc
R  K  Sdetector ( )  T filter
(

)

T
(

)

...

T
1
filter2
filtern(  )d
1
I filtri funzionano per assorbimento o per
interferenza
• Assorbimento: Legge Lambert-Beer. Banda
larga, passa-alto
I (  )  I 0 (  )e  e L
• Interferenza: deposizioni dielettriche causano
interferenza dei fronti d’onda. Banda stretta
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Filtraggio -1
ES. Il fotodiodo viene
filtrato in modo da
modificarne la sensibilità e
renderla più simile a quella
dell’occhio umano
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Filtraggio -2
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Luxmetro
• Misura W/m2 “pesati” sulla risposta dell’occhio (LUX)
TESTA - COSENO
FILTRO
FOTODIODO
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Tipologie di illuminanti
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Color Correction Factor
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
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)
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Vacuum Photodiodes
•
•
La sensibilità spettrale è determinata dal materiale del catodo
Es: fototubi per UV catodo Cs-Te
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Fotomoltiplicatori
•
•
•
Emissione secondaria dai dinodi
Alto guadagno
Utilizzati in conteggio di singolo fotone
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
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
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Termopile
•Giunzione “calda” immersa in assorbitore
•Giunzione “fredda” schermata da vernice
od altro
•Sensibilità
spettrale
dipende
da
assorbitore
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
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
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
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
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Spettroradiometro
Misure di radianza spettrale
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Misure con spettroradiometro
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
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Il colore -1
CAMPIONE
SORGENTE
COLORATO
In termini di spettro, il colore è:
L’EMISSIONE DELLA SORGENTE CHE NON VIENE
ASSORBITA DAL CAMPIONE MA RIDISTRIBUITA NELLO
SPAZIO
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Il colore -2
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
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”