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Laboratoires de l'Université ITMO: éclairage LED, optoélectronique micro-ondes et télécommunications optiques

Nous montrons le laboratoire d'éclairage LED . Nous expliquons comment il est organisé et ce que les élèves y font, et donnons un aperçu de l'équipement fixe et mobile.

Soit dit en passant, nous avons déjà adapté certaines de nos critiques pour la version anglaise de Habr:


Dans la dernière partie de la revue, nous donnons une brève histoire sur un autre emplacement et équipement connexe - le laboratoire d'optoélectronique micro-ondes et de télécommunications optiques .


Sur la photo: Sergey Aleksandrovich Scheglov, chef du laboratoire

Partie recherche


Le laboratoire se concentre sur des projets scientifiques liés à la transmission à grande vitesse de données de lumière visible, étudiant les propriétés et la caractérisation des dispositifs émetteurs à semi-conducteurs, la modélisation des systèmes émetteurs et leur vérification.

Les étudiants du programme de premier cycle " Photonique laser et optoélectronique " et du programme de maîtrise " Technologies LED et optoélectronique " étudient ici .

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Le laboratoire est divisé en deux parties: pédagogique et recherche. Dans le premier, les étudiants effectuent des travaux de laboratoire. Dans le second, des recherches et des recherches sont menées sur des équipements plus sophistiqués. Ils sont exécutés par les étudiants et étudiants diplômés les plus actifs sur le plan scientifique.

Une partie du travail de grands projets scientifiques y est également réalisée.

En général, les locaux du laboratoire de recherche sont conçus pour trois à quatre postes de travail - avec des ordinateurs et des supports pour mesurer et assembler les circuits optiques.

En ce qui concerne les équipements, c'est-à-dire les installations fixes qui ne peuvent pas être transportées et les appareils mobiles - nous les montrerons un peu plus tard. La photo ci-dessous montre le goniophotomètre Flux.


Sur la photo: goniophotomètre de lin

Il s'agit d'un outil de surveillance du rayonnement spatial des caractéristiques d'éclairage des petites LED et des lampadaires. Le goniophotomètre est situé dans une pièce sombre spéciale, qui est une conception pliable. La pièce vous permet de mesurer les propriétés des systèmes optiques et d'éclairage sans «lumière parasite» étrangère.

Le goniophotomètre comprend un goniomètre , un appareil de mesure d'angles de haute précision, ainsi qu'un photodétecteur qui enregistre les lectures d'intensité lumineuse. Le système fonctionne comme suit:

  • la LED est connectée à l'alimentation électrique et sa distribution spatiale de l'intensité lumineuse, qui forme le corps dit photométrique, est mesurée;
  • le photodétecteur est connecté à un contrôleur qui transmet des données à un ordinateur portable avec un logiciel spécial (le logiciel enregistre un signal lorsque la position angulaire change);
  • Sur la base des données obtenues, un modèle 3D de la source lumineuse est compilé pour le calcul d'ingénierie d'éclairage des locaux, par exemple dans le programme spécial DIALux.

Laboratoire mobile


Le laboratoire dispose d'instruments portables avec lesquels les employés peuvent prendre des mesures «sur le terrain»: pour explorer l'environnement lumineux des pièces et des espaces urbains.

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L'appareil mentionné par Sergey est illustré sur les photos ci-dessous. Il vous permet d'évaluer différentes caractéristiques spectrales: coordonnées chromatiques, qualité des couleurs, transmittance. Une application mobile spéciale est fournie pour le gadget.


Sur la photo: Spectromètre compact UPRtek MK350S


Sur la photo: Spectromètre compact UPRtek MK350S Le

spectromètre portable est stocké dans un étui spécial. À un moment donné, les élèves ont établi des parallèles avec le programme «Revisionorro» - là, le présentateur sort également un étui et met des scellés avant de vérifier. Un autre appareil qui a sa propre valise est un compteur lumineux. Il rappelle un peu un radar manuel utilisé par la police de la circulation. Comme le nom de l'appareil l'indique, il est nécessaire pour mesurer la luminosité («stores / ne aveugle pas»).

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Sur la photo: Luminosimètre LS-110.

Pour travailler sur le projet Lensvet, le laboratoire a également acquis un appareil allemand TechnoTeam. À première vue, ce n'est qu'un appareil photo Canon, mais en fait - un système d'évaluation de la distribution de la luminosité. Il est calibré et possède son propre numéro de série.

L'appareil numérise la photo par luminosité et génère un tableau de données pour le traitement. Ils ont enlevé le trottoir et la chaussée pour déterminer s’il y avait des objets dans le champ de vision du conducteur qui aveuglaient, gênaient la conduite. Cette approche a considérablement accéléré le flux de travail - avec un luminomètre classique, plus d'une centaine de mesures devraient être effectuées, car il a une très petite zone de mesure centrale.


Sur la photo: compteur lumineux LS-110

Un autre instrument de laboratoire portable est un wattmètre. Avec lui, vous pouvez évaluer les paramètres électriques des sources lumineuses: tension actuelle, courant, facteur de puissance, puissance apparente, fréquence du secteur et durée de fonctionnement.


Sur la photo: un wattmètre électrique

Un autre petit instrument de l'arsenal du laboratoire est une caméra thermique connectée à un ordinateur. Il montre la distribution de température pour les luminaires ou autres sources de semi-conducteurs: où ils sont très chauffés et où - faiblement.

«Supposons que nous allumions une lampe, mesurions ses paramètres électriques. Il se réchauffe assez longtemps pendant une heure, seulement après cela, vous pouvez faire une mesure. Et ici, nous regardons, où il a le point le plus chaud, quelles sont ses températures critiques », explique Sergey.


Sur la photo: un spectromètre avec une sphère de mesure intégrée


Sur la photo: un spectromètre avec une sphère de mesure intégrée

Il existe un autre outil intéressant - un spectromètre avec une sphère de mesure intégrée. Il vous permet d'évaluer les caractéristiques des LED directement dans le luminaire ou le module LED, sans souder les dispositifs semi-conducteurs. Il est également pratique lors des expériences.

Si vous avez fait le calcul, vous avez dû obtenir un flux lumineux commun du module, mais en avoir un autre, puis à l'aide d'un spectromètre, vous pouvez vérifier les LED individuelles et comprendre ce qui s'est mal passé. Soit ils mettent les mauvaises LED, soit ils ne fonctionnent pas de cette façon.

Laboratoire de formation


Le laboratoire de formation dispose d'un ensemble intéressant de filtres lumineux. Les élèves mesurent la transmittance, puis essaient de faire de la couleur en ajoutant deux ou trois verres. C'est un tel travail créatif pour obtenir différentes nuances.


Sur la photo: filtres de lumière

Sur la photo ci-dessous - un goniomètre. Les élèves examinent le passage du rayonnement visible d'une lampe à travers une fente étroite et un prisme triangulaire. Après avoir installé l'instrument, ils recevront un spectre de ligne et une décomposition du bleu au rouge.


Sur la photo: goniomètre, appareil de mesure angulaire

Tous les appareils sont simples et fiables - il est assez difficile de les casser ou de les ruiner.



Plus loin sur la photo, il y a un complexe basé sur une sphère d'intégration avec un revêtement blanc spécial. La portée est nécessaire pour évaluer les paramètres des petites lampes et LED qui peuvent être placées à l'intérieur. Au goniomètre, ce processus prend beaucoup de temps, mais ici, il est instantané: ils l'ont allumé, ont pris des mesures et ont obtenu le résultat.



Pour les étudiants, nous avons introduit la discipline de l'activité de conception. Dans son cadre, ils doivent développer une sorte d'appareil terminal, d'appareil ou d'installation, ayant traversé toutes les étapes: de la formation de la tâche de développement à sa mise en œuvre.



Les gars sont créatifs - par exemple, un élève a fabriqué un sabre laser (photo ci-dessus). Il émet des sons, joue la marche impériale et clignote au contact d'autres objets. Un autre projet est un feu de circulation. En règle générale, les LED ont leur propre câblage à un certain élément de contrôle. Mais les étudiants ont trouvé une bande de LED intéressante dans laquelle chaque LED a son propre contrôleur et l'ont connectée à la carte Arduino. Le signal passe d'une LED à l'autre et les allume, selon la logique prescrite.

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Le laboratoire étudie l' interaction des rayonnements optiques et des signaux micro-ondes dans les conditions de réception, de transmission et de traitement de l'information. Trois étudiants de premier cycle et sept étudiants diplômés travaillent ici, mais parfois de nouveaux gars viennent, y compris des célibataires. Ils mènent tous des expériences liées à leurs recherches - certains utilisant des lasers, certains utilisant des photodétecteurs, certains utilisant des LED.


Dans l'enceinte du laboratoire, des projets interinstitutionnels sont également mis en œuvre. Nous travaillons avec des collègues de Fiztekh et Polytechnic, ainsi qu'avec les entreprises OKB "Planet" et "Connector Optics". C'est un aspect important pour le développement de la science: nous aidons à les rechercher, et ils - pour nous.


Sur la photo: à gauche la station de sonde, à droite l'analyseur de réseau vectoriel.

Quant aux équipements de laboratoire, il y a des instruments qui permettent de mesurer les paramètres des cristaux de lasers et des photodétecteurs fonctionnant dans la gamme de fréquence jusqu'à 40 GHz.

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Sur la photo: analyseur de réseau vectoriel

À côté de la station de sonde se trouve un analyseur de réseau vectoriel, qui est un générateur et un récepteur d'un signal haute fréquence. L'instrument mesure la réponse amplitude-fréquence des appareils micro-ondes passifs ou des appareils optoélectroniques. L'analyseur montre la réponse à un signal avec une amplitude arbitraire à n'importe quelle fréquence de la plage de mesure.


Sur la photo: analyseur de spectre optique

«Il existe également un analyseur de spectre optique. Un appareil unique avec une résolution inférieure à un picomètre. L'appareil le plus précis de Russie. Soit dit en passant, le deuxième appareil le plus précis est également avec nous. L'un est conçu pour la plage de 1 500 à 1 600 nm, et le second - pour la plage de 1 300 nm. Ils sont utilisés par les systèmes de télécommunications modernes », explique Olga Andreevna.

Il y a aussi un compteur d'impédance dans le laboratoire. Il est utilisé pour étudier des caractéristiques des appareils et des composants passifs comme la résistance, la capacité et l'inductance. Mesures aux centièmes de picofarads et microohms les plus proches.

Nous avons un système de mesure des caractéristiques courant-tension. Il n'a pas d'interface et se connecte à un ordinateur. Mais en plaçant le cristal sur la station de sonde et en se connectant aux bornes correspondantes, nous pouvons supprimer les caractéristiques statiques des dispositifs semi-conducteurs, c'est-à-dire la dépendance du courant à la tension. Sur leur base, le mode de fonctionnement et les valeurs maximales admissibles des courants et des tensions sont déjà déterminés.

Éclairage LED


Les laboratoires se développent dans le domaine du soi-disant Li-Fi - un système qui transmet les données à l'aide de la lumière (presque comme le code Morse). Un appareil est connecté à la lampe, ce qui la fait clignoter à très haute fréquence, invisible à l'œil. Ce scintillement encode les informations nécessaires. L'une des options de mise en œuvre est le soi-disant code 2D (code à barres bidimensionnel), qui peut être considéré comme un appareil photo pour smartphone.

Les musées peuvent devenir une application technologique potentielle. Au-dessus de chaque image, vous pouvez accrocher une lampe qui illuminera simultanément une œuvre d'art et diffusera un code 2D. Il suffit au visiteur d'ouvrir une application spéciale qui reconnaît le signal et redirige vers la ressource avec des informations supplémentaires sur l'image. Mis en œuvre un projet similairePanasonic au Musée d'État des Beaux-Arts. COMME. Pouchkine.

Un autre cas est la navigation. Les lampes pourront transmettre les coordonnées exactes dans une pièce, par exemple un centre commercial, et marquer un lieu sur la carte.



Des travaux similaires sont menés dans le cadre d' une R&D orientée vers la pratique - il s'agit d'études complexes liées à la programmation et au traitement du signal. En partenariat avec O2 Lighting Systems, les experts de l'Université ITMO ont présenté des prototypes des modules client et hôte pour travailler dans le réseau Li-Fi. Ils prévoient d'utiliser la technologie dans les zones où le Wi-Fi est impuissant - dans les avions ou sur les objets sous-marins.


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