Les mesures radiométriques, photométriques ainsi que les mesures spectrales avec la radiométrie à filtre sont de plus en plus utilisées dans les domaines de la surveillance du climat, du traitement médical, de l’industrie de la santé, de l’éclairage à économie d’énergie et bien d’autres applications. Dans tous ces domaines, la traçabilité au SI passe par la sensibilité spectrale des détecteurs. Le détecteur à efficacité quantique calculable (Predictable Quantum Efficient Detector - PQED) a été développé en tant qu'étalon quantique ayant une efficacité quantique interne calculable (Internal Quantum Efficiency – IQE). Le PQED a été ratifié dans la Mise en Pratique pour la définition de la candela, en tant qu'étalon primaire alternatif à la référence primaire bien établie- le radiomètre cryogénique.
Objectifs
Développer de nouvelles techniques expérimentales pour les mesures de puissance optique sur une large gamme spectrale et dynamique grâce à la fabrication d'un détecteur qui combine, en un seul instrument, deux détecteurs autonomes primaires indépendants : un semi-conducteur (PQED -Predictable Quantum Efficient Detector) et un thermique (CESR -Radiomètre à substitution électrique cryogénique)
Développer un cryostat versatile, permettant l’étude de la sensibilité des photodiodes à des températures contrôlables variant entre 4 K et 80 K
Résumé et premiers résultats
Le projet européen ChipS•CALe vise à développer de nouvelles techniques expérimentales pour combiner, en un seul instrument, deux détecteurs autonomes primaires indépendants: un semi-conducteur (PQED -Predictable Quantum Efficient Detector) et un thermique (CESR -Radiomètre à substitution électrique cryogénique). Ce dispositif sera capable d’établir un lien fort avec le SI révisé en permettant la mesure du rapport e/h des deux constantes fondamentales. Cette implantation de deux étalons sur une même puce facilitera également l'auto-étalonnage des photodiodes à température ambiante. L'étude des matériaux semi-conducteurs et l'optimisation de modèles de simulation 3D permettront d'obtenir des performances optimales des PQEDs en mode quantique à température cryogénique. Des mesures à une seule longueur d'onde suffiront pour prédire la sensibilité spectrale de 400 nm à 850 nm sur une grande dynamique.
Impacts scientifiques et industriels
La recherche proposée conduira à la mise au point d’un détecteur étalon simplifié, avec des fonctionnalités opérationnelles semblables aux détecteurs de transfert existants et dont le coût est similaire. Cet étalon primaire pourra être intégré directement dans les applications et permettra de raccourcir la chaîne de traçabilité.
Les principes et méthodes développés dans le projet encourageront et consolideront la mise en œuvre du nouveau système SI ainsi que la position de la communauté radiométrique au sein du SI. Dans ce contexte, le CCPR a demandé que des mesures radiométriques des constantes fondamentales soient réalisées : c'est ce qui sera démontré dans ce projet avec une exactitude sans précédent, en mesurant le rapport des constantes fondamentales e/h en comparant deux étalons primaires indépendants et intrinsèquement différents dans un seul dispositif. Ces mesures contribueront ainsi à la cohérence du système SI mettront en évidence l'équivalence entre les étalons.
Avec la commercialisation des photodiodes « auto-étalonnables », la communauté disposera d'un nouvel étalon sous forme de "puce" pour mesurer la puissance optique avec une exactitude jamais atteinte. Les partenaires du projet étant aussi les principaux participants au CCPR, les résultats du projet seront intégrés à la planification stratégique du CCPR et aux révisions envisagées de la mise en pratique de la candela.
Publications et communications
Site web du projet ChipS•CALe :
Partenaires
Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet européen ChipS•CALe, "Self-calibrating photodiodes for the radiometric linkage to fundamental constants". Les partenaires sont : JV (Norvège), Aalto (Finlande), CMI (Rép. Tchèque), INRIM (Italie), Metrosert (Estonie), PTB (Allemagne), UME (Turquie).
Une université norvégienne, HSN, et deux instituts de recherche norvégiens, IFE et SINTEF, ayant une grande expérience sur la technologie des semi-conducteurs participent également au projet en tant partenaires externes hors EURAMET.