จำเป็นต้องมีนักวิทยาศาสตร์การวัดจำนวนเท่าใดในการสอบเทียบหลอดไฟ LED สำหรับนักวิจัยที่สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) ในสหรัฐอเมริกา จำนวนนี้เป็นเพียงครึ่งหนึ่งของเมื่อไม่กี่สัปดาห์ก่อน ในเดือนมิถุนายน NIST ได้เริ่มให้บริการสอบเทียบที่รวดเร็ว แม่นยำยิ่งขึ้น และประหยัดแรงงานสำหรับการประเมินความสว่างของไฟ LED และผลิตภัณฑ์ไฟโซลิดสเตตอื่นๆ ลูกค้าของบริการนี้ได้แก่ผู้ผลิตไฟ LED และห้องปฏิบัติการสอบเทียบอื่นๆ ตัวอย่างเช่น หลอดไฟที่ปรับเทียบแล้วสามารถรับประกันได้ว่าหลอดไฟ LED เทียบเท่า 60 วัตต์ในโคมไฟตั้งโต๊ะนั้นเทียบเท่ากับ 60 วัตต์อย่างแท้จริง หรือตรวจสอบให้แน่ใจว่านักบินในเครื่องบินขับไล่มีแสงสว่างบนรันเวย์ที่เหมาะสม

ผู้ผลิต LED จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าไฟที่พวกเขาผลิตนั้นมีความสว่างตามที่ได้รับการออกแบบไว้อย่างแท้จริง เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ให้ปรับเทียบหลอดไฟเหล่านี้ด้วยโฟโตมิเตอร์ ซึ่งเป็นเครื่องมือที่สามารถวัดความสว่างได้ทุกความยาวคลื่น โดยคำนึงถึงความไวตามธรรมชาติของดวงตามนุษย์ต่อสีต่างๆ เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่ห้องปฏิบัติการโฟโตเมตริกของ NIST ตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมด้วยการให้บริการความสว่าง LED และการสอบเทียบโฟโตเมตริก บริการนี้เกี่ยวข้องกับการวัดความสว่างของ LED ของลูกค้าและไฟโซลิดสเตตอื่นๆ รวมถึงการสอบเทียบโฟโตมิเตอร์ของลูกค้าเอง จนถึงขณะนี้ ห้องปฏิบัติการ NIST ได้ทำการวัดความสว่างของหลอดไฟด้วยความไม่แน่นอนค่อนข้างต่ำ โดยมีข้อผิดพลาดระหว่าง 0.5% ถึง 1.0% ซึ่งเทียบได้กับบริการสอบเทียบทั่วไป
ขณะนี้ ต้องขอบคุณการปรับปรุงห้องปฏิบัติการ ทีมงาน NIST ได้เพิ่มความไม่แน่นอนเหล่านี้สามเท่าเป็น 0.2% หรือต่ำกว่า ความสำเร็จนี้ทำให้บริการปรับเทียบความสว่าง LED และโฟโตมิเตอร์ใหม่เป็นหนึ่งในบริการที่ดีที่สุดในโลก นักวิทยาศาสตร์ยังลดระยะเวลาการสอบเทียบลงอย่างมากอีกด้วย ในระบบเก่า การดำเนินการสอบเทียบสำหรับลูกค้าจะใช้เวลาเกือบทั้งวัน คาเมรอน มิลเลอร์ นักวิจัยของ NIST กล่าวว่างานส่วนใหญ่จะใช้ในการตั้งค่าการวัดแต่ละครั้ง เปลี่ยนแหล่งกำเนิดแสงหรือเครื่องตรวจจับ ตรวจสอบระยะห่างระหว่างทั้งสองด้วยตนเอง จากนั้นกำหนดค่าอุปกรณ์ใหม่สำหรับการวัดครั้งถัดไป
แต่ตอนนี้ ห้องปฏิบัติการประกอบด้วยโต๊ะอุปกรณ์อัตโนมัติสองโต๊ะ โต๊ะหนึ่งสำหรับแหล่งกำเนิดแสง และอีกโต๊ะสำหรับเครื่องตรวจจับ โต๊ะจะเคลื่อนที่บนระบบรางและวางเครื่องตรวจจับไว้ที่ใดก็ได้ตั้งแต่ 0 ถึง 5 เมตรจากแสง สามารถควบคุมระยะห่างได้ภายใน 50 ส่วนต่อล้านของหนึ่งเมตร (ไมโครเมตร) ซึ่งเป็นประมาณครึ่งหนึ่งของความกว้างของเส้นผมมนุษย์ Zong และ Miller สามารถตั้งโปรแกรมตารางให้เคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กันโดยไม่จำเป็นต้องให้มนุษย์เข้ามาแทรกแซงอย่างต่อเนื่อง เมื่อก่อนใช้เวลาหนึ่งวัน แต่ตอนนี้สามารถแล้วเสร็จได้ภายในไม่กี่ชั่วโมง ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนอุปกรณ์ใดๆ อีกต่อไป ทุกอย่างอยู่ที่นี่และสามารถใช้งานได้ทุกเมื่อ ทำให้ผู้วิจัยมีอิสระในการทำหลายๆ อย่างพร้อมกันได้มากเพราะเป็นระบบอัตโนมัติทั้งหมด
คุณสามารถกลับไปที่สำนักงานเพื่อทำงานอื่นในขณะที่กำลังทำงานอยู่ได้ นักวิจัยของ NIST คาดการณ์ว่าฐานลูกค้าจะขยายเนื่องจากห้องปฏิบัติการได้เพิ่มคุณสมบัติเพิ่มเติมหลายประการ ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ใหม่สามารถปรับเทียบกล้องไฮเปอร์สเปกตรัม ซึ่งวัดความยาวคลื่นแสงได้มากกว่ากล้องทั่วไปที่โดยทั่วไปจะจับภาพได้เพียงสามถึงสี่สีเท่านั้น ตั้งแต่การถ่ายภาพทางการแพทย์ไปจนถึงการวิเคราะห์ภาพถ่ายดาวเทียมของโลก กล้องไฮเปอร์สเปกตรัมกำลังได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ ข้อมูลที่ได้รับจากกล้องไฮเปอร์สเปกตรัมในอวกาศเกี่ยวกับสภาพอากาศและพืชพรรณของโลกช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถทำนายความอดอยากและน้ำท่วมได้ และสามารถช่วยเหลือชุมชนในการวางแผนเหตุฉุกเฉินและการบรรเทาภัยพิบัติได้ ห้องปฏิบัติการแห่งใหม่นี้ยังช่วยให้นักวิจัยสามารถปรับเทียบจอแสดงผลสมาร์ทโฟน รวมถึงจอทีวีและคอมพิวเตอร์ได้ง่ายและมีประสิทธิภาพมากขึ้นอีกด้วย

ระยะทางที่ถูกต้อง
ในการปรับเทียบโฟโตมิเตอร์ของลูกค้า นักวิทยาศาสตร์ที่ NIST ใช้แหล่งกำเนิดแสงบรอดแบนด์เพื่อส่องสว่างเครื่องตรวจจับ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะเป็นแสงสีขาวที่มีความยาวคลื่น (สี) หลายระดับ และความสว่างของแสงนั้นชัดเจนมาก เนื่องจากการวัดทำโดยใช้โฟโตมิเตอร์มาตรฐานของ NIST แสงสีขาวประเภทนี้ไม่เหมือนกับเลเซอร์ตรง ซึ่งหมายความว่าแสงทั้งหมดที่มีความยาวคลื่นต่างกันจะไม่ซิงโครไนซ์ซึ่งกันและกัน ในสถานการณ์ที่เหมาะสม เพื่อการวัดที่แม่นยำที่สุด นักวิจัยจะใช้เลเซอร์แบบปรับได้เพื่อสร้างแสงที่มีความยาวคลื่นที่ควบคุมได้ เพื่อให้แสงฉายรังสีบนเครื่องตรวจจับในแต่ละครั้งมีเพียงความยาวคลื่นเดียวเท่านั้น การใช้เลเซอร์แบบปรับได้จะเพิ่มอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนของการวัด
อย่างไรก็ตาม ในอดีต เลเซอร์แบบปรับได้ไม่สามารถใช้ในการสอบเทียบโฟโตมิเตอร์ได้ เนื่องจากเลเซอร์ความยาวคลื่นเดี่ยวจะรบกวนตัวเองในลักษณะที่เพิ่มปริมาณสัญญาณรบกวนที่แตกต่างกันให้กับสัญญาณตามความยาวคลื่นที่ใช้ ในส่วนหนึ่งของการปรับปรุงห้องปฏิบัติการ Zong ได้สร้างการออกแบบโฟโตมิเตอร์แบบกำหนดเองซึ่งจะช่วยลดสัญญาณรบกวนนี้ให้อยู่ในระดับที่น้อยมาก ทำให้สามารถใช้เลเซอร์แบบปรับได้เป็นครั้งแรกในการสอบเทียบโฟโตมิเตอร์ที่มีความไม่แน่นอนเล็กน้อย ประโยชน์เพิ่มเติมของการออกแบบใหม่คือทำให้อุปกรณ์ส่องสว่างทำความสะอาดง่ายขึ้น เนื่องจากขณะนี้รูรับแสงที่สวยงามได้รับการปกป้องด้านหลังหน้าต่างกระจกที่ปิดสนิท การวัดความเข้มต้องอาศัยความรู้ที่ถูกต้องว่าเครื่องตรวจจับอยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดแสงมากเพียงใด
จนถึงขณะนี้ เช่นเดียวกับห้องปฏิบัติการวัดแสงอื่นๆ ส่วนใหญ่ ห้องปฏิบัติการ NIST ยังไม่มีวิธีการที่มีความแม่นยำสูงในการวัดระยะห่างนี้ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะรูรับแสงของเครื่องตรวจจับซึ่งแสงถูกรวบรวมไว้นั้นบอบบางเกินกว่าที่อุปกรณ์วัดจะสัมผัสได้ วิธีแก้ปัญหาทั่วไปคือให้นักวิจัยทำการวัดความสว่างของแหล่งกำเนิดแสงก่อนแล้วจึงส่องสว่างพื้นผิวในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่ง จากนั้น ใช้ข้อมูลนี้เพื่อกำหนดระยะทางเหล่านี้โดยใช้กฎกำลังสองผกผัน ซึ่งอธิบายว่าความเข้มของแหล่งกำเนิดแสงลดลงแบบทวีคูณเมื่อระยะทางเพิ่มขึ้นอย่างไร การวัดผลแบบสองขั้นตอนนี้ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะนำไปใช้และทำให้เกิดความไม่แน่นอนเพิ่มเติม ด้วยระบบใหม่ ทีมงานสามารถละทิ้งวิธีกำลังสองผกผันและกำหนดระยะทางได้โดยตรง
วิธีนี้ใช้กล้องที่ใช้กล้องจุลทรรศน์ โดยมีกล้องจุลทรรศน์นั่งอยู่บนพื้นแหล่งกำเนิดแสงและโฟกัสไปที่เครื่องหมายตำแหน่งบนพื้นที่เครื่องตรวจจับ กล้องจุลทรรศน์ตัวที่สองตั้งอยู่บนโต๊ะทำงานของเครื่องตรวจจับและโฟกัสไปที่เครื่องหมายตำแหน่งบนโต๊ะทำงานของแหล่งกำเนิดแสง กำหนดระยะห่างโดยการปรับรูรับแสงของเครื่องตรวจจับและตำแหน่งของแหล่งกำเนิดแสงไปยังโฟกัสของกล้องจุลทรรศน์ที่เกี่ยวข้อง กล้องจุลทรรศน์มีความไวต่อการพร่ามัวมาก และสามารถจดจำได้แม้อยู่ห่างออกไปเพียงไม่กี่ไมโครเมตร การวัดระยะทางใหม่ยังช่วยให้นักวิจัยสามารถวัด "ความเข้มที่แท้จริง" ของ LED ซึ่งเป็นตัวเลขแยกต่างหากที่บ่งชี้ว่าปริมาณแสงที่ปล่อยออกมาจาก LED ไม่ขึ้นอยู่กับระยะทาง
นอกเหนือจากคุณสมบัติใหม่เหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์ของ NIST ยังได้เพิ่มเครื่องมือบางอย่าง เช่น อุปกรณ์ที่เรียกว่าโกนิโอมิเตอร์ ซึ่งสามารถหมุนไฟ LED เพื่อวัดปริมาณแสงที่ปล่อยออกมาจากมุมต่างๆ ในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า Miller และ Zong หวังว่าจะใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์สำหรับบริการใหม่: การวัดเอาต์พุตอัลตราไวโอเลต (UV) ของ LED การใช้ LED ที่เป็นไปได้ในการสร้างรังสีอัลตราไวโอเลต ได้แก่ การฉายรังสีอาหารเพื่อยืดอายุการเก็บ เช่นเดียวกับการฆ่าเชื้อน้ำและอุปกรณ์ทางการแพทย์ ตามเนื้อผ้า การฉายรังสีเชิงพาณิชย์จะใช้แสงอัลตราไวโอเลตที่ปล่อยออกมาจากหลอดไอปรอท