Istituto Nazionale di Ottica Applicata
Strumenti di misura della
radiazione
L. Mercatelli
Istituto Nazionale di Ottica Applicata
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Scegliere un rivelatore
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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
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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
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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
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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
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Filtraggio -1
ES. Il fotodiodo viene
filtrato in modo da
modificarne la sensibilità e
renderla più simile a quella
dell’occhio umano
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Filtraggio -2
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Luxmetro
• Misura W/m2 “pesati” sulla risposta dell’occhio (LUX)
TESTA - COSENO
FILTRO
FOTODIODO
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Tipologie di illuminanti
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Color Correction Factor
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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)
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Vacuum Photodiodes
•
•
La sensibilità spettrale è determinata dal materiale del catodo
Es: fototubi per UV catodo Cs-Te
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Fotomoltiplicatori
•
•
•
Emissione secondaria dai dinodi
Alto guadagno
Utilizzati in conteggio di singolo fotone
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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
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Termopile
•Giunzione “calda” immersa in assorbitore
•Giunzione “fredda” schermata da vernice
od altro
•Sensibilità
spettrale
dipende
da
assorbitore
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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
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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
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Spettroradiometro
Misure di radianza spettrale
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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
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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
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Il colore -2
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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”
