Get best of the week

Laboratorium Universitas ITMO: Pencahayaan LED, optoelektronika gelombang mikro, dan telekomunikasi optik

Kami menunjukkan laboratorium pencahayaan LED . Kami memberi tahu bagaimana itu diatur dan apa yang dilakukan siswa di dalamnya, serta memberikan gambaran umum tentang peralatan stasioner dan bergerak.

Omong-omong, kami telah mengadaptasi beberapa ulasan kami untuk Habr versi bahasa Inggris:


Di bagian akhir tinjauan, kami memberikan cerita singkat tentang lokasi lain dan peralatan terkait - laboratorium optoelektronika gelombang mikro dan telekomunikasi optik .


Dalam foto: Sergey Aleksandrovich Scheglov, Kepala Laboratorium

Bagian penelitian


Laboratorium ini berfokus pada proyek-proyek ilmiah yang berkaitan dengan transmisi data cahaya tampak berkecepatan tinggi, mempelajari sifat-sifat dan karakterisasi perangkat pemancar semikonduktor, pemodelan sistem pemancar dan verifikasi mereka.

Siswa dari program sarjana " Foton Laser dan Optoelektronika " dan program master " Teknologi LED dan Optoelektronika " sedang belajar di sini .

« « », « », « », « ». : , , ()», — .

Laboratorium ini dibagi menjadi dua bagian: pendidikan dan penelitian. Pada yang pertama, siswa melakukan pekerjaan laboratorium. Yang kedua, penelitian dan penelitian dilakukan pada peralatan yang lebih canggih. Mereka dilakukan oleh siswa yang paling aktif secara ilmiah dan mahasiswa pascasarjana.

Bagian dari pekerjaan proyek ilmiah besar juga dilakukan di sini.

Secara umum, tempat laboratorium penelitian dirancang untuk tiga hingga empat tempat kerja - dengan komputer dan singkatan untuk mengukur dan memasang sirkuit optik.

Adapun peralatan, yaitu, instalasi stasioner yang tidak dapat dilakukan, dan perangkat seluler - kami akan menunjukkannya nanti. Foto di bawah ini menunjukkan goniofotometer Fluks.


Dalam foto: Flax goniophotometer

Ini adalah alat untuk memantau radiasi spasial dari karakteristik pencahayaan baik LED kecil dan lampu jalan. Goniophotometer terletak di ruangan gelap khusus, yang merupakan desain yang dapat dilipat. Ruangan ini memungkinkan Anda untuk mengukur sifat-sifat sistem optik dan pencahayaan tanpa "suar" yang asing.

Goniofotometer mencakup goniometer , alat untuk pengukuran sudut presisi tinggi, serta fotodetektor yang merekam pembacaan intensitas cahaya. Sistem bekerja sebagai berikut:

  • LED dihubungkan ke catu daya dan distribusi spasial intensitas cahaya, yang membentuk apa yang disebut tubuh fotometrik, diukur;
  • photodetector terhubung ke pengontrol yang mentransmisikan data ke laptop dengan perangkat lunak khusus (perangkat lunak mendaftarkan sinyal ketika posisi sudut berubah);
  • Atas dasar data yang diperoleh, model 3D dari sumber cahaya dikompilasi untuk perhitungan teknik pencahayaan tempat, misalnya, dalam program DIALux khusus.

Laboratorium seluler


Laboratorium memiliki instrumen portabel yang dapat digunakan karyawan untuk melakukan pengukuran "di lapangan": untuk menjelajahi lingkungan cahaya kamar dan ruang perkotaan.

« - « » — . «», , «» . , «» .

«» , . : « , , , — ». , « », — .

Perangkat yang disebutkan Sergey ditunjukkan dalam foto-foto di bawah ini. Ini memungkinkan Anda untuk mengevaluasi berbagai karakteristik spektral: koordinat kromatisitas, kualitas warna, transmisi. Aplikasi seluler khusus disediakan untuk gadget.


Dalam foto: spektrometer kompak UPRtek MK350S.


Dalam foto: spektrometer kompak UPRtek MK350S.

Spektrometer portabel disimpan dalam wadah khusus. Pada suatu waktu, siswa menggambar paralel dengan program "Revisionorro" - di sana, presenter juga mengeluarkan kasing dan memasang stempel sebelum memeriksa. Perangkat lain yang memiliki koper sendiri adalah meteran cerah. Ini agak mengingatkan pada radar manual yang digunakan oleh polisi lalu lintas. Sesuai dengan namanya perangkat, perlu untuk mengukur kecerahan ("blinds / not blind").

« «». -. , . : , , — », — .


Dalam foto: meter kecerahan LS-110.

Untuk mengerjakan proyek Lensvet, laboratorium juga memperoleh perangkat German TechnoTeam. Sekilas, ini hanya kamera Canon, tetapi pada kenyataannya - sistem untuk menilai distribusi kecerahan. Itu dikalibrasi dan memiliki nomor seri sendiri.

Perangkat mendigitalkan foto dengan kecerahan dan menghasilkan berbagai data untuk diproses. Mereka melepas trotoar dan jalan untuk menentukan apakah ada objek di bidang penglihatan pengemudi yang buta, mengganggu mengemudi. Pendekatan ini secara signifikan mempercepat alur kerja - dengan pengukur kecerahan konvensional, lebih dari seratus pengukuran harus dilakukan, karena memiliki zona pengukuran pusat yang sangat kecil.


Dalam foto: LS-110 meter cerah

Instrumen laboratorium portabel lainnya adalah meteran listrik. Dengannya, Anda dapat mengevaluasi parameter listrik sumber cahaya: tegangan arus, arus, faktor daya, daya semu, frekuensi listrik dan waktu pengoperasian.


Dalam foto: meteran listrik. Instrumen

kecil lain dalam gudang laboratorium adalah kamera pencitraan termal yang terhubung ke komputer. Ini menunjukkan distribusi suhu untuk luminer atau sumber semikonduktor lainnya: di mana mereka dipanaskan sangat banyak, dan di mana - lemah.

“Misalkan kita menyalakan lampu, mengukur parameter listriknya. Ini memanas cukup lama selama satu jam, hanya setelah itu Anda bisa melakukan pengukuran. Dan di sini kita melihat, di mana ia memiliki titik terpanas, berapa suhu kritisnya, ”kata Sergey.


Dalam foto: spektrometer dengan bola ukur terintegrasi


Dalam foto: spektrometer dengan bola ukur terintegrasi

Ada alat lain yang menarik - spektrometer dengan bola ukur terintegrasi. Ini memungkinkan Anda untuk mengevaluasi karakteristik LED langsung pada luminer atau modul LED, tanpa menyolder perangkat semikonduktor. Juga nyaman selama percobaan.

Jika Anda melakukan perhitungan, Anda harus mendapatkan satu fluks cahaya yang umum dari modul, tetapi dapatkan yang lain, maka dengan bantuan spektrometer Anda dapat memeriksa LED individu dan memahami apa yang salah. Entah mereka memasukkan LED yang salah, atau mereka tidak bekerja seperti itu.

Laboratorium pelatihan


Laboratorium pelatihan memiliki serangkaian filter cahaya yang menarik. Siswa mengukur transmitansi, dan kemudian mencoba membuat warna dengan menambahkan dua atau tiga gelas. Ini adalah karya kreatif untuk mendapatkan nuansa berbeda.


Dalam foto: filter cahaya

Dalam foto di bawah ini - goniometer. Siswa memeriksa lintasan radiasi yang terlihat dari lampu melalui celah sempit dan prisma segitiga. Setelah mengatur instrumen, mereka akan menerima spektrum garis dan penguraian dari biru menjadi merah.


Dalam foto: goniometer, perangkat untuk pengukuran sudut.

Semua perangkat sederhana dan andal - agak sulit untuk dihancurkan atau dihancurkan.



Lebih jauh pada foto ada kompleks berdasarkan pada bola terintegrasi dengan lapisan putih khusus. Ruang lingkup diperlukan untuk mengevaluasi parameter lampu kecil dan LED yang dapat ditempatkan di dalam. Pada goniometer, proses ini membutuhkan waktu yang lama, tetapi ini instan: mereka menyalakannya, mengambil pengukuran, dan mendapatkan hasilnya.



Untuk siswa, kami telah memperkenalkan disiplin kegiatan desain. Dalam kerangka kerjanya, mereka harus mengembangkan beberapa jenis perangkat akhir, perangkat atau instalasi, setelah melalui semua tahapan: dari pembentukan tugas pengembangan hingga implementasinya.



Para siswa kreatif - misalnya, seorang siswa membuat lightsaber (gambar di atas). Dia membuat suara, memainkan March Imperial, dan berkedip dalam kontak dengan objek lain. Proyek lain adalah lampu lalu lintas. Biasanya, LED memiliki kabel sendiri untuk elemen kontrol tertentu. Tetapi siswa menemukan strip LED yang menarik di mana setiap LED memiliki controller sendiri, dan menghubungkannya ke papan Arduino. Sinyal beralih dari satu LED ke yang lain dan menyalakannya, tergantung pada logika yang ditentukan.

« , , , — — . , , , : « ». — - , - , - . », — .


Laboratorium mempelajari interaksi radiasi optik dan sinyal gelombang mikro dalam kondisi penerimaan, transmisi, dan pemrosesan informasi. Tiga mahasiswa sarjana dan tujuh mahasiswa pascasarjana bekerja di sini, tetapi kadang-kadang orang baru datang, termasuk sarjana. Mereka semua melakukan eksperimen yang berkaitan dengan penelitian mereka - beberapa menggunakan laser, beberapa menggunakan fotodetektor, beberapa menggunakan LED.


Di dalam dinding-dinding laboratorium, proyek-proyek antar lembaga juga sedang dilaksanakan. Kami bekerja dengan rekan-rekan dari Fiztekh dan Politeknik, serta dengan perusahaan-perusahaan OKB "Planet" dan "Connector Optik". Ini adalah aspek penting untuk pengembangan sains: kami membantu meneliti mereka, dan mereka - bagi kami.


Dalam foto: di sebelah kiri adalah stasiun penyelidikan, di sebelah kanan adalah penganalisa jaringan vektor.

Adapun peralatan laboratorium, ada perangkat yang memungkinkan Anda untuk mengukur parameter kristal laser dan fotodetektor yang beroperasi dalam rentang frekuensi hingga 40 GHz.

« . . — », — .


Dalam foto: penganalisa jaringan vektor

Di sebelah stasiun probe adalah penganalisa jaringan vektor, yang merupakan generator dan penerima sinyal frekuensi tinggi. Instrumen ini mengukur respons frekuensi amplitudo dari perangkat gelombang mikro pasif atau perangkat optoelektronik. Alat analisis menunjukkan respons terhadap sinyal dengan amplitudo acak pada frekuensi apa pun dari rentang pengukuran.


Dalam foto: penganalisa spektrum optik

“Ada juga penganalisa spektrum optik. Perangkat unik dengan resolusi kurang dari pikometer. Perangkat paling akurat di Rusia. Omong-omong, perangkat paling akurat kedua juga ada bersama kami. Satu dirancang untuk kisaran 1500–1600 nm, dan yang kedua - untuk kisaran 1300 nm. Mereka digunakan oleh sistem telekomunikasi modern, ”Olga Andreevna menjelaskan.

Ada juga meter impedansi di laboratorium. Ini digunakan untuk mempelajari karakteristik perangkat dan komponen pasif seperti tahanan, kapasitansi dan induktansi. Mengukur hingga ratusan pikofarad dan microohms terdekat.

Kami memiliki sistem untuk mengukur karakteristik tegangan arus. Itu tidak memiliki antarmuka dan terhubung ke komputer. Tetapi dengan menempatkan kristal pada stasiun probe dan menghubungkan ke terminal yang sesuai, kita dapat menghilangkan karakteristik statis perangkat semikonduktor, yaitu ketergantungan arus pada tegangan. Atas dasar mereka, mode operasi dan nilai maksimum arus dan voltase telah ditentukan.

Cahaya led


Laboratorium sedang berkembang di bidang yang disebut Li-Fi - sistem yang mentransmisikan data menggunakan cahaya (hampir seperti kode Morse). Perangkat terhubung ke lampu, yang membuatnya berkedip dengan frekuensi yang sangat tinggi, tidak terlihat oleh mata. Flicker ini menyandikan informasi yang diperlukan. Salah satu opsi implementasi adalah apa yang disebut 2D-code (barcode dua dimensi), yang dapat dianggap sebagai kamera smartphone.

Museum dapat menjadi aplikasi teknologi potensial. Di atas setiap gambar, Anda dapat menggantung lampu yang secara bersamaan akan menerangi karya seni dan menyiarkan kode 2D. Cukup bagi pengunjung untuk membuka aplikasi khusus yang mengenali sinyal dan mengalihkan ke sumber daya dengan informasi tambahan tentang gambar. Menerapkan proyek serupaPanasonic di Museum Seni Rupa Negara. SEBAGAI. Pushkin.

Kasus lain adalah navigasi. Lampu akan dapat mengirimkan koordinat yang tepat di sebuah ruangan, misalnya, pusat perbelanjaan, dan menandai tempat di peta.



Pekerjaan serupa dilakukan dalam kerangka R&D yang berorientasi praktik - ini adalah studi kompleks yang terkait dengan pemrograman dan pemrosesan sinyal. Dalam kemitraan dengan O2 Lighting Systems, pakar Universitas ITMO mempresentasikan prototipe modul klien dan host untuk bekerja di jaringan Li-Fi. Mereka berencana untuk menggunakan teknologi di daerah-daerah di mana Wi-Fi tidak berdaya - di pesawat terbang atau di objek bawah air.


Tur foto kami yang lain di Habré:



Acara kami: lokakarya mendatang , lokakarya, ceramah dan kompetisi .

More articles:


All Articles