Amélioration de la précision des mesures grâce à l'intégration de revêtements sphériques et d'étalons de réflectance

Introduction
In mesures optiques, avoir des résultats précis et fiables est très nécessaire. Les sphères d'intégration se sont révélées être des instruments utiles en raison de leur capacité à offrir un éclairage constant, ainsi qu'à réduire les erreurs de mesure causées par l'hétérogénéité de l'échantillon et les effets de surface.

Il est possible d'augmenter encore la précision de sphère d'intégrationbasées sur des données en choisissant les revêtements appropriés pour la surface intérieure de la sphère et en utilisant des normes de réflectance qui ont été confirmées. Dans cet article, les progrès actuels dans ces domaines et l'importance de combiner les revêtements sphériques et les normes de réflectance afin d'obtenir des mesures plus précises sont passés en revue.

Intégration de revêtements sphériques
Les revêtements sur les sphères d'intégration sont très nécessaires pour obtenir des lectures précises. La gamme spectrale, les propriétés de réflectance et la compatibilité globale d'un matériau de revêtement pour une application particulière sont les principales considérations dans sa sélection. Les revêtements à base de sulfate de baryum (BaSO4) sont très populaires car ils ont une réflectivité élevée dans les spectres visible et proche infrarouge.

Les excellentes propriétés de réflexion diffuse des revêtements fabriqués à partir de BaSO4 permettent d'éclairer une sphère entière de la même manière. Cependant, il y a une diminution de la réflectance dans les régions ultraviolette et infrarouge.

Afin d'identifier une solution de contournement à cette limitation, les chercheurs étudient de nouveaux matériaux de revêtement tels que Spectralon® et PTFE (polytétrafluoroéthylène). Par rapport au BaSO4, les revêtements fabriqués avec Spectralon® ont une réflectivité plus élevée et sont capables d'absorber une plus large gamme de longueurs d'onde (de l'UV à l'IR).

Comme les revêtements PTFE ont une faible fluorescence et une réflectance diffuse élevée, il est possible de les utiliser pour des mesures dans les spectres ultraviolet (UV) et visible (VIS). Les sphères d'intégration peuvent désormais être utilisées dans une plus large gamme de régions spectrales grâce au développement de matériaux de revêtement supérieurs, qui garantissent également des lectures exactes à une variété de longueurs d'onde.

Normes de réflexion spectrale
Ce n'est qu'avec un étalonnage et une traçabilité précis que vous pourrez tirer des conclusions fiables de vos mesures. Une norme de réflectance spectrale est souvent utilisée conjointement avec un sphère d'intégration et peut être utilisé pour étalonner et vérifier les systèmes de mesure.

L'étalonnage et la vérification peuvent être effectués par rapport à la norme. Les propriétés de réflectance de ces normes bien connues ont fait l'objet de recherches approfondies sur une grande variété de plages de longueurs d'onde étroites.

Les étalons de réflectance partagent souvent un certain nombre de propriétés, notamment une grande stabilité du spectre, un faible niveau d'incertitude et des valeurs de réflectance définies.

Comme normes de réflectance, BaSO4 pressé et fritté, Spectralon® et des métaux hautement réfléchissants comme l'aluminium et l'or sont souvent utilisés. Les propriétés de réflexion de ces matériaux ont été soumises à des tests rigoureux et les résultats ont été confirmés à l'aide de normes nationales et internationales reconnues.

La sphère d'intégration doit être fréquemment calibrée par rapport aux normes de réflectance afin de maintenir des lectures précises et de vérifier que ces mesures sont exactes.

Avec l'utilisation des normes de réflectance, il est possible d'ajuster les défauts systématiques du système de mesure, tels que les oscillations dans la réponse du détecteur ou l'usure progressive du revêtement sur la sphère au fil du temps. Le sphère d'intégration est maintenu dans des conditions optimales pour la mesure optique grâce à un recalibrage constant.

Progrès dans les technologies de revêtement
Les progrès réalisés dans la technologie des revêtements ont conduit à une amélioration de la précision des mesures effectuées à l'aide de sphères d'intégration.  LISUN a la meilleure sphère d'intégration sur le marché.

Les scientifiques sont toujours à la recherche de nouveaux matériaux et procédés de revêtement pour augmenter les caractéristiques de réflectance, élargir la gamme spectrale du revêtement et réduire les erreurs de mesure.

De nombreuses personnes s'intéressent aux revêtements nanostructurés en raison de leur capacité à réguler les interactions lumière-matière et à améliorer la réflectance. Des nanoparticules telles que le dioxyde de titane (TiO2) ou l'oxyde de zinc (ZnO) pourraient potentiellement être incluses dans la formulation du revêtement afin d'augmenter la réflectance diffuse du revêtement.

Ces revêtements nanostructurés améliorent la précision des mesures en réduisant la quantité de lumière perdue en raison de la lumière parasite et en augmentant la quantité de lumière diffusée.

Les chercheurs étudient l'utilisation de revêtements multicouches comme méthode potentielle pour améliorer la réflectivité sur une plage spectrale plus large.

En empilant des matériaux avec des indices de réfraction différents, il est possible de réguler la qualité de la réflectance sur une certaine gamme de longueurs d'onde. La plage spectrale des sphères d'intégration peut être augmentée avec des revêtements multicouches, ce qui permet des mesures plus précises dans les spectres ultraviolet (UV), visible (VIS) et infrarouge (IR).

Les développements dans les procédés de dépôt de revêtement tels que la pulvérisation par faisceau ionique et le dépôt chimique en phase vapeur ont permis de réguler avec précision l'épaisseur du revêtement ainsi que sa composition. Ces processus fournissent des revêtements qui sont uniformes et constants dans toute la sphère, ce qui aide à réduire la gamme des écarts de réflectance qui existent.

Caractérisation et certification des revêtements
Afin d'obtenir des lectures exactes à partir de mesures optiques, les revêtements des sphères d'intégration doivent être soigneusement étudiés. Deux techniques de caractérisation, la spectrophotométrie et la diffusométrie, sont souvent utilisées dans le processus d'évaluation de la réflectance du revêtement.

Ces tests sont souvent effectués dans une gamme d'angles d'incidence et sur un large spectre de longueurs d'onde. Ceci est fait pour que la réponse spectrale du revêtement puisse être capturée avec précision.

Afin d'assurer la traçabilité et la comparabilité des mesures de revêtements, les organisations internationales et les organismes de normalisation établissent des lignes directrices et des protocoles pour la caractérisation et la certification des revêtements.

Afin de valider les propriétés de réflectance de sphère d'intégration revêtements, ces organisations, telles que le National Institute of Standards and Technology (NIST) et la Commission internationale de l'éclairage (CIE), établissent des matériaux de référence et des procédures de mesure de référence. En raison de ces règles de contrôle de la qualité, les données de mesure produites par une variété de laboratoires et d'organisations peuvent être utilisées.

Contrôle de la qualité et maintenance
Pour s'assurer que les lectures des sphères intégrantes restent fiables dans le temps, elles nécessitent une surveillance et une maintenance régulières de la qualité. La précision d'une mesure peut être affectée par des facteurs tels que la détérioration du revêtement, la contamination ou simplement l'âge.

Par conséquent, la surface intérieure de la sphère doit être inspectée régulièrement pour identifier tout changement dans les qualités de réflexion. Si la réflexion de la sphère est affectée par la poussière, les empreintes digitales ou toute autre impureté, des méthodes de nettoyage appropriées doivent être appliquées conformément aux instructions du fabricant.

De plus, il est essentiel de vérifier et de corriger tout écart de mesure par un étalonnage périodique à l'aide d'étalons de réflectance traçables. Lors de l'étalonnage, il est important de prendre en considération les sources potentielles d'erreur, notamment la réflectance du revêtement et les écarts de réponse du détecteur.

Développements futurs
On peut espérer des améliorations encore plus importantes de la précision des mesures grâce au développement continu de revêtements pour intégrer des sphères et des normes de réflectance.

Les scientifiques s'efforcent de produire des revêtements avec un spectre utilisable plus large, une meilleure cohérence des couleurs et moins de fluorescence ou de lumière parasite. Les revêtements en nanomatériaux, les méthodes de production de pointe et les architectures multicouches spécialisées sont tous à l'étude comme voies potentielles à ces fins.

Les mesures de revêtement deviendront plus uniformes et plus fiables grâce aux développements des méthodes de caractérisation des revêtements et à l'introduction de processus de certification solides. Cela permettra de suivre et de comparer les qualités de revêtement dans diverses installations d'essai et jauges.

Conclusion
L'amélioration de la précision des mesures optiques nécessite l'utilisation d'étalons de réflectance spectrale et l'utilisation de revêtements sur les sphères d'intégration. Des résultats de mesure précis et fiables peuvent être obtenus par une sélection rigoureuse des matériaux de revêtement, le développement de procédés de revêtement améliorés et la caractérisation et la certification exactes des revêtements.

La précision à long terme de l'intégration des observations basées sur la sphère peut être assurée par un contrôle de qualité et une maintenance réguliers, tels que l'étalonnage périodique à l'aide d'étalons de réflectance traçables. L'optique, la spectroscopie et la science des matériaux, entre autres, devraient grandement bénéficier des améliorations de la précision des mesures qui seront rendues possibles par le développement ultérieur de sphère d'intégration revêtements et normes de réflectance.

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