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Laboratorios de la Universidad ITMO: iluminación LED, optoelectrónica de microondas y telecomunicaciones ópticas

Mostramos el laboratorio de iluminación LED . Contamos cómo está organizado y qué hacen los estudiantes en él, así como también damos una visión general de los equipos fijos y móviles.

Por cierto, ya hemos adaptado algunas de nuestras reseñas para la versión en inglés de Habr:


En la parte final de la revisión, presentamos una breve historia sobre otra ubicación y equipos relacionados: el laboratorio de optoelectrónica de microondas y telecomunicaciones ópticas .


En la foto: Sergey Aleksandrovich Scheglov, jefe del laboratorio

Parte de la investigación


El laboratorio se centra en proyectos científicos relacionados con la transmisión a alta velocidad de datos de luz visible, estudiando las propiedades y caracterización de dispositivos emisores de semiconductores, modelando sistemas emisores y su verificación.

Los estudiantes del programa universitario " Laser Photonics and Optoelectronics " y el programa de maestría " LED Technologies and Optoelectronics " están estudiando aquí .

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El laboratorio se divide en dos partes: educativo e investigativo. En el primero, los estudiantes realizan trabajos de laboratorio. En el segundo, la investigación y la investigación se llevan a cabo en equipos más sofisticados. Los realizan los estudiantes y los estudiantes de posgrado más activos científicamente.

Parte del trabajo de grandes proyectos científicos también se lleva a cabo aquí.

En general, las instalaciones del laboratorio de investigación están diseñadas para tres o cuatro lugares de trabajo, con computadoras y soportes para medir y ensamblar circuitos ópticos.

En cuanto al equipo, es decir, tanto las instalaciones fijas que no se pueden transportar como los dispositivos móviles, los mostraremos un poco más tarde. La foto a continuación muestra el gonofotómetro Flux.


En la foto: gonofotómetro de lino

Esta es una herramienta para monitorear la radiación espacial de las características de iluminación de pequeños LED y farolas. El gonofotómetro está ubicado en una habitación oscura especial, que es un diseño plegable. La sala le permite medir las propiedades de los sistemas ópticos y de iluminación sin "destellos" extraños.

El gonofotómetro incluye un goniómetro , un dispositivo para la medición de ángulos de alta precisión, así como un fotodetector que registra lecturas de intensidad de luz. El sistema funciona de la siguiente manera:

  • el LED está conectado a la fuente de alimentación y se mide su distribución espacial de la intensidad de la luz, que forma el denominado cuerpo fotométrico;
  • el fotodetector está conectado a un controlador que transmite datos a una computadora portátil con un software especial (el software registra una señal cuando cambia la posición angular);
  • Sobre la base de los datos obtenidos, se compila un modelo 3D de la fuente de luz para el cálculo de la ingeniería de iluminación de las instalaciones, por ejemplo, en el programa especial DIALux.

Laboratorio móvil


El laboratorio cuenta con instrumentos portátiles con los cuales los empleados pueden tomar medidas "en el campo": para explorar el entorno de luz de las habitaciones y los espacios urbanos.

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El dispositivo que menciona Sergey se muestra en las siguientes fotografías. Le permite evaluar varias características espectrales: coordenadas de cromaticidad, calidad de color, transmitancia. Se proporciona una aplicación móvil especial para el gadget.


En la foto: espectrómetro compacto UPRtek MK350S.


En la foto: espectrómetro compacto UPRtek MK350S. El

espectrómetro portátil se guarda en un estuche especial. En un momento, los estudiantes trazaron paralelos con el programa "Revisionorro"; allí, el presentador también saca un caso y se pone sellos antes de verificar. Otro dispositivo que tiene su propia maleta es un medidor de luz. Es algo que recuerda a un radar manual utilizado por la policía de tránsito. Como el nombre del dispositivo implica, es necesario para medir el brillo ("persianas / no ciegas").

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En la foto: medidor de brillo LS-110.

Para trabajar en el proyecto Lensvet, el laboratorio también adquirió un dispositivo alemán TechnoTeam. A primera vista, esta es solo una cámara Canon, pero de hecho, un sistema para evaluar la distribución del brillo. Está calibrado y tiene su propio número de serie.

El dispositivo digitaliza la foto por brillo y genera una serie de datos para su procesamiento. Quitaron la acera y la carretera para determinar si hay algún objeto en el campo de visión del conductor que ciegue, interfiera con la conducción. Este enfoque aceleró significativamente el flujo de trabajo: con un medidor de brillo convencional, se tendrían que realizar más de cien mediciones, ya que tiene una zona de medición central muy pequeña.


En la foto: medidor de luz LS-110

Otro instrumento de laboratorio portátil es un medidor de potencia. Con él, puede evaluar los parámetros eléctricos de las fuentes de luz: voltaje de corriente, corriente, factor de potencia, potencia aparente, frecuencia de red y tiempo de funcionamiento.


En la foto: medidor de energía eléctrica.

Otro pequeño instrumento en el arsenal del laboratorio es una cámara termográfica conectada a una computadora. Muestra la distribución de temperatura para luminarias u otras fuentes de semiconductores: dónde se calientan mucho y dónde, débilmente.

“Supongamos que encendemos una lámpara, medimos sus parámetros eléctricos. Se calienta el tiempo suficiente durante una hora, solo después de eso puede realizar una medición. Y aquí miramos, donde tiene el punto más caliente, cuáles son sus temperaturas críticas ", dice Sergey.


En la foto: un espectrómetro con una esfera de medición integrada.


En la foto: un espectrómetro con una esfera de medición integrada.

Hay otra herramienta interesante: un espectrómetro con una esfera de medición integrada. Le permite evaluar las características del LED directamente en la luminaria o el módulo LED, sin soldar dispositivos semiconductores. También es conveniente durante los experimentos.

Si realizó el cálculo, tuvo que obtener un flujo de luz común del módulo, pero obtuvo otro, luego, con la ayuda de un espectrómetro, puede verificar los LED individuales y comprender qué salió mal. O ponen los LED incorrectos o no funcionan de esa manera.

Laboratorio de entrenamiento


El laboratorio de capacitación tiene un interesante conjunto de filtros de luz. Los estudiantes miden la transmitancia y luego tratan de hacer un poco de color agregando dos o tres vasos. Este es un trabajo tan creativo para obtener diferentes tonos.


En la foto: filtros de luz

En la foto de abajo - un goniómetro. Los estudiantes examinan el paso de la radiación visible desde una lámpara a través de una ranura estrecha y un prisma triangular. Después de configurar el instrumento, recibirán un espectro de línea y descomposición de azul a rojo.


En la foto: goniómetro, dispositivo para mediciones angulares.

Todos los dispositivos son simples y confiables, es bastante difícil romperlos o arruinarlos.



Más adelante en la foto hay un complejo basado en una esfera de integración con un recubrimiento blanco especial. El alcance es necesario para evaluar los parámetros de pequeñas lámparas y LED que se pueden colocar dentro. En el goniómetro, este proceso lleva mucho tiempo, pero aquí es instantáneo: lo encendieron, tomaron medidas y obtuvieron el resultado.



Para los estudiantes, hemos introducido la disciplina de la actividad de diseño. Dentro de su marco, deben desarrollar algún tipo de dispositivo final, dispositivo o instalación, habiendo pasado por todas las etapas: desde la formación de la tarea de desarrollo hasta su implementación.



Los chicos son creativos, por ejemplo, un estudiante hizo un sable de luz (en la foto de arriba). Hace sonidos, toca la Marcha Imperial y parpadea en contacto con otros objetos. Otro proyecto es un semáforo. Por lo general, los LED tienen su propio cableado a un determinado elemento de control. Pero los estudiantes encontraron una tira de LED interesante en la que cada LED tiene su propio controlador, y lo conectaron a la placa Arduino. La señal pasa de un LED a otro y los enciende, según la lógica prescrita.

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El laboratorio estudia la interacción de la radiación óptica y las señales de microondas en las condiciones de recepción, transmisión y procesamiento de la información. Aquí trabajan tres estudiantes de pregrado y siete de posgrado, pero a veces vienen nuevos tipos, incluidos solteros. Todos llevan a cabo experimentos relacionados con su investigación: algunos con láser, otros con fotodetectores y otros con LED.


Dentro de los muros del laboratorio, también se están implementando proyectos interinstitucionales. Trabajamos con colegas de Fiztekh y Polytechnic, así como con las empresas de OKB "Planet" y "Connector Optics". Este es un aspecto importante para el desarrollo de la ciencia: ayudamos a investigarlos, y ellos, a nosotros.


En la foto: a la izquierda está la estación de sonda, a la derecha está el analizador de red vectorial.

En cuanto al equipo de laboratorio, hay instrumentos que permiten medir los parámetros de cristales de láser y fotodetectores que operan en el rango de frecuencia de hasta 40 GHz.

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En la foto: analizador de red vectorial

Al lado de la estación de sonda se encuentra un analizador de red vectorial, que es un generador y receptor de una señal de alta frecuencia. El instrumento mide la respuesta de amplitud-frecuencia de dispositivos pasivos de microondas o dispositivos optoelectrónicos. El analizador muestra la respuesta a una señal con una amplitud arbitraria a cualquier frecuencia del rango de medición.


En la foto: analizador de espectro óptico

“También hay un analizador de espectro óptico. Un dispositivo único con una resolución de menos de un picómetro. El dispositivo más preciso en Rusia. Por cierto, el segundo dispositivo más preciso también está con nosotros. Uno está diseñado para el rango de 1500–1600 nm, y el segundo - para el rango de 1300 nm. Los utilizan los sistemas modernos de telecomunicaciones ”, explica Olga Andreevna.

También hay un medidor de impedancia en el laboratorio. Se utiliza para estudiar características de dispositivos y componentes pasivos como resistencia, capacitancia e inductancia. Mide a las centésimas más cercanas de picofaradios y microohms.

Tenemos un sistema para medir las características de corriente-voltaje. No tiene una interfaz y se conecta a una computadora. Pero al colocar el cristal en la estación de sonda y conectarlo a los terminales correspondientes, podemos eliminar las características estáticas de los dispositivos semiconductores, es decir, la dependencia de la corriente con el voltaje. Sobre su base, el modo de funcionamiento y los valores máximos permisibles de corrientes y voltajes ya están determinados.

Iluminación LED


Los laboratorios se están desarrollando en el campo del llamado Li-Fi, un sistema que transmite datos utilizando luz (casi como el código Morse). Se conecta un dispositivo a la lámpara, lo que hace que parpadee con una frecuencia muy alta, invisible a la vista. Este parpadeo codifica la información necesaria. Una de las opciones de implementación es el llamado código 2D (código de barras bidimensional), que puede considerarse una cámara de teléfono inteligente.

Los museos pueden convertirse en una posible aplicación de tecnología. Sobre cada imagen, puede colgar una lámpara que iluminará simultáneamente una obra de arte y emitirá un código 2D. Es suficiente que el visitante abra una aplicación especial que reconozca la señal y redirija al recurso con información adicional sobre la imagen. Implementado un proyecto similarPanasonic en el Museo Estatal de Bellas Artes. COMO. Pushkin

Otro caso es la navegación. Las lámparas podrán transmitir las coordenadas exactas en una habitación, por ejemplo, un centro comercial, y marcar un lugar en el mapa.



Se lleva a cabo un trabajo similar en el marco de la I + D orientada a la práctica : se trata de estudios complejos relacionados con la programación y el procesamiento de señales. En asociación con O2 Lighting Systems, los expertos de la Universidad ITMO presentaron prototipos de los módulos cliente y host para trabajar en la red Li-Fi. Planean usar la tecnología en áreas donde el Wi-Fi es impotente, en aviones o en objetos bajo el agua.


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