激光輻射功率和功率不穩(wěn)定度測(cè)試方法起草工作

通常，光通量和輻射功率是LED最重要的光學(xué)參數(shù)，但是有時(shí)也會(huì)提到光強(qiáng)空間分布。對(duì)于較小的器件，平均LED的強(qiáng)度仍然很常見(jiàn)?，F(xiàn)實(shí)中，部分LED光通量只是一個(gè)不斷增加的數(shù)字，但仍未被廣泛測(cè)量過(guò)。對(duì)于固態(tài)照明源來(lái)說(shuō)，光度學(xué)和比色輻射特性很重要。

測(cè)量總輻射功率和光通量的兩種主要方法是使用積分球或側(cè)角光度計(jì)/光譜輻射計(jì)。接下來(lái)的兩節(jié)將介紹這兩種測(cè)量方法，以及測(cè)量時(shí)會(huì)有哪些挑戰(zhàn)。

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積分球法

光通量有時(shí)也被稱為總光通量，以此強(qiáng)調(diào)它是所有方向的總和。 它也被稱為4π通量，因?yàn)橐粋€(gè)完整的球體有4π的立體角。要收集4π立體角的所有光，光源須在球體的中心。圖1a為測(cè)量光通量的常規(guī)4π幾何結(jié)構(gòu)。捕獲所有方向發(fā)射的輻射，并測(cè)量總光通量。

圖1 國(guó)際照明委員會(huì)為所有光源（a）和

不具有后向輻射的光源（b）推薦的球體幾何圖形

對(duì)于可以忽略不計(jì)或沒(méi)有輻射的光源，可以以更方便的前向通量或2π幾何空間測(cè)量總通量。在圖1b中，光源位于球壁的端口處。只有前半球發(fā)射的光輻射才用于測(cè)量。這種前向輻射是大多數(shù)LED產(chǎn)品的典型特征。積分球必須根據(jù)測(cè)量幾何、同時(shí)遵循替代原理進(jìn)行絕對(duì)校準(zhǔn)。替代原理指出，應(yīng)該通過(guò)與相似空間和光譜分布的標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行比較來(lái)測(cè)量測(cè)試光源。

? 選擇正確的尺寸

檢測(cè)樣品應(yīng)始終小于球體的內(nèi)徑，目的是讓樣品本身引起的干擾因素盡可能低。 然而，隨著球體越來(lái)越大，探測(cè)器上的入射光的強(qiáng)度就會(huì)降低。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，積分球的光通量是球體半徑的平方反比。因此，選擇測(cè)試對(duì)象的大小與球體尺寸對(duì)于高精度測(cè)量和好流量之間的有效平衡至關(guān)重要（參見(jiàn)圖2）。

圖2 直徑1m的球體（左）與直徑2m的球體（右）

直徑1m的球體是用于4π和2π幾何結(jié)構(gòu)中測(cè)量大多數(shù)LED和模塊的理想選擇；直徑2m的球體適用于大型燈具和固態(tài)照明產(chǎn)品。

對(duì)于給定尺寸的檢測(cè)樣品，選擇球體的正確尺寸有一些準(zhǔn)則。使用4π幾何圖形，檢測(cè)樣品的總表面應(yīng)小于球體表面的2％。線性燈的長(zhǎng)度應(yīng)小于球體直徑的2/3。 使用2π幾何圖形，計(jì)量口的直徑及檢測(cè)樣品的最大延伸度不應(yīng)超過(guò)球體直徑的1/3。

? 自吸收產(chǎn)生的誤差及修正方法

檢測(cè)對(duì)象本身就會(huì)吸收積分球中的光輻射。這種干擾形式，被稱為自吸收，可導(dǎo)致光輻射明顯衰減并導(dǎo)致測(cè)量偏差。檢測(cè)樣品越大越暗，衰減就越明顯。圖3就展示了兩個(gè)檢測(cè)樣品與所得到的傳輸與波長(zhǎng)。自吸收可導(dǎo)致多達(dá)10％的誤差。

圖3 兩臺(tái)待測(cè)設(shè)備的自吸收光譜

因此，自吸收修正需要適當(dāng)?shù)妮o助光源，才能進(jìn)行精確測(cè)量。全光譜的鹵素?zé)粽线@個(gè)要求。輔助光源必須位于擋板后面，以避免直接照射樣品，并應(yīng)由穩(wěn)定的電源進(jìn)行操作。此光源用于確定被測(cè)設(shè)備、樣品架和連接電纜的光譜吸收特性，然后用實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行抵消。隨著涂層的反射率上升，球體面積與試樣的比例降低，自吸收效果增加。

? 近場(chǎng)吸收

處于光源附近的任何物體（例如插座）都會(huì)明顯吸收光，并可能導(dǎo)致較大的誤差。 這種所謂的近場(chǎng)吸收不能通過(guò)自吸收測(cè)量來(lái)修正。因此應(yīng)避免這種影響。物體應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離燈，避免形成空腔。此外，推薦用高反射率材料覆在物體表面。圖4展示了線性管架的一個(gè)良好解決方案。

圖4 避免近場(chǎng)吸收效應(yīng)的例子

線性管的支架被放置在盡可能遠(yuǎn)離光源的地方并涂覆有高反射率材料。

? 燃燒的位置

對(duì)于被動(dòng)冷卻的固態(tài)照明源，測(cè)量應(yīng)在制造商定義的燃燒位置進(jìn)行。當(dāng)以4π幾何圖形測(cè)量時(shí)，使用可以上下安裝的內(nèi)部燈柱來(lái)實(shí)現(xiàn)光源的燃燒位置十分方便。在2π幾何圖形的情況下，可旋轉(zhuǎn)的球體是首選（參見(jiàn)例如圖5）。 整個(gè)球體可以在其安裝架內(nèi)旋轉(zhuǎn)。 因此，測(cè)量端口位于側(cè)面、頂部或底部。

圖5 可旋轉(zhuǎn)的1米球體，位置敏感的光源

可以在其設(shè)計(jì)的工作位置進(jìn)行測(cè)量

? 考慮測(cè)量誤差

造成測(cè)量誤差的因素是多方面的。LED的寬范圍輻射特性在測(cè)量光通量時(shí)很容易造成校準(zhǔn)誤差。對(duì)于具有分散排射的部件，會(huì)有5％的變化，但是使用窄角LED，可能會(huì)發(fā)生超過(guò)10％的偏差。

如上所述，選擇正確的球體尺寸、執(zhí)行自吸收修正、避免近場(chǎng)吸收和在光源的設(shè)計(jì)燃燒位置測(cè)量對(duì)于高精度測(cè)量是至關(guān)重要的。

造成誤差的很大一部分因素是在光源熱穩(wěn)定之前就開(kāi)始測(cè)量。此外，當(dāng)依據(jù)CIE S 025或EN 13032-4進(jìn)行測(cè)試時(shí)，推薦使用25°C的環(huán)境溫度。將一個(gè)會(huì)產(chǎn)生熱量的熱源放入積分球中，環(huán)境溫度（球體中的溫度）會(huì)升高，并且會(huì)與“正?！钡倪\(yùn)行溫度不同。 當(dāng)以4π配置進(jìn)行測(cè)量時(shí)，建議將球體的半球打開(kāi)，以穩(wěn)定熱源。在測(cè)量前，應(yīng)該小心地合上球體，以避免空氣運(yùn)動(dòng)。這樣，正常運(yùn)行中的環(huán)境條件可以最好地滿足。

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測(cè)角光度計(jì)方法

雖然使用測(cè)角光度計(jì)來(lái)測(cè)量光通量或輻射功率比使用積分球更費(fèi)時(shí)，但是卻更精確。測(cè)量過(guò)程中不需要光通量標(biāo)準(zhǔn)燈作為參考值。如果必須測(cè)量不同發(fā)光強(qiáng)度分布的燈，它是首選的方法，是校準(zhǔn)光通量標(biāo)準(zhǔn)燈的基準(zhǔn)，為其他測(cè)試程序提供參考值。測(cè)角光度法的另一個(gè)顯著特征是測(cè)量部分光通量和半強(qiáng)度角的能力。當(dāng)測(cè)量與能量效率相關(guān)的特性或是否符合Zhaga規(guī)格時(shí)，需要確定這些值。

該方法可以通過(guò)一個(gè)圍繞LED的假想球體來(lái)描述。一個(gè)余弦校正檢測(cè)器在距離r（球半徑）處的特定路徑上在球體的表面上移動(dòng)。檢測(cè)器的作用就是用于確定輻照度E。計(jì)算公式見(jiàn)下圖：（dA代表檢測(cè)器面積，dΦ代表部分輻射通量）

為了確定總輻射功率，檢測(cè)器以角度θ遞增地移動(dòng)。角度φ 從0°至360° 變化時(shí)，相應(yīng)記錄角度θ 的值，根據(jù)球體的恒定緯度，掃描各個(gè)區(qū)域。總輻射功率Φ為：

或者，也可以使用固定的檢測(cè)器，掃描LED末端。但是，對(duì)于有對(duì)流冷卻的模塊和燈具，這可能不適用。

圖6 具有緊湊型屏蔽室的測(cè)角光度計(jì)

LED移動(dòng)而檢測(cè)器不移動(dòng)。角度φ 通過(guò)旋轉(zhuǎn)LED的機(jī)械軸進(jìn)行調(diào)節(jié)，而角度θ通過(guò)旋轉(zhuǎn)其末端進(jìn)行調(diào)節(jié)。檢測(cè)器位于光導(dǎo)軌上，可以在不同距離進(jìn)行測(cè)量。

遠(yuǎn)距離是發(fā)光強(qiáng)度分布的要求，以滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件。使用測(cè)角光度計(jì)測(cè)量總通量，則不需要遠(yuǎn)距離。假設(shè)檢測(cè)器具有良好的余弦響應(yīng)，則可以在各個(gè)角度精確測(cè)量輻照度。輻照度不是燈的屬性，而是落在表面上的光。通過(guò)在適當(dāng)?shù)奈恢脺y(cè)量虛擬球周圍的輻照度，可以通過(guò)積分來(lái)算出總通量。假設(shè)光源和檢測(cè)器之間沒(méi)有相互作用發(fā)生，則光源的大小幾乎就是虛擬球體的大小。（編譯/CNLED網(wǎng) James）