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Vereinfachung der radiometrischen Kalibrierkette für Laserleistungsmessgeräte

31.12.2005

Für die optische Nachrichtentechnik haben die Wellenlängenbereiche um 1300 nm und um 1550 nm und damit die Kalibrierung von Leistungsempfängern in diesen Spektralbereichen die größte Bedeutung. In der bisherigen Kalibrierkette der PTB findet die Skalenübertragung der spektralen Empfindlichkeit vom Kryoradiometer mittels eines als Transfernormal dienenden Silizium-Trap-Empfängers zu einer Thermosäule im sichtbaren Spektralbereich statt. Bei letzterer ist der Reflexionsgrad zwischen 600 nm und 1600 nm bekannt und sie dient somit als Sekundärnormal für die spektrale Empfindlichkeit insbesondere im infraroten Spektralbereich.

Aufgrund der Verwendung von breitbandig und kontinuierlich durchstimmbaren Diodenlasern als Strahlquellen in den Wellenlängenbereichen zwischen 1270 nm und 1380 nm sowie zwischen 1440 nm und 1640 nm können nun Indium-Gallium-Arsenid- und Germanium-Photodioden und Trap-Empfänger sowie kommerzielle Leistungsempfänger, die als Transfernormal geeignet sind, direkt in den oben genannten Wellenlängenbereichen an einem Kryoradiometer kalibriert werden. Dies führt zu einer Verkürzung und Vereinfachung der radiometrischen Kalibrierkette für die Laserleistung in der optischen Nachrichtentechnik. Eine deutliche Reduzierung der Messunsicherheit ist ebenso zu erwarten wie eine deutliche Reduzierung der Messzeiten bei der Kalibrierung von Kundengeräten, da die Zeitkonstanten der Halbleiterempfänger deutlich kürzer sind als die der bisher in den Kalibrierungen verwendeten Thermosäule. Darüber hinaus ermöglicht die direkte Kalibrierung der Halbleiterempfänger eine genauere Beschreibung und Modellierung der verwendeten Halbleiter-Photodioden und erlaubt eine bessere Charakterisierung z. B. bzgl. ihrer Materialeigenschaften.

Um diese hochpräzisen Kalibrierungen durchführen zu können war die Messung der Absorption des Hohlraumabsorbers des Kryoradiometers in den entsprechenden Wellenlängenbereichen nötig. Dazu wurde ein Reflexionsmessplatz konzipiert und Messungen bei 632,8 nm, zwischen 1280 nm und 1360 nm sowie zwischen 1480 nm und 1620 nm durchgeführt [1]. Die dabei erreichte Messunsicherheit lag bei ≦ 1 x 10-5. Die gemessene Absorption bei 632,8 nm betrug 0,999885 ± 3,0 x 10-6 (k = 1), die im infraroten gemessene Absorption ist um ca. 1,1 x 10-4 niedriger als bei 632,8 nm, was für hochpräzise Messungen durchaus signifikant ist. Dabei variiert die Absorption im infraroten Spektralbereich um 19 x 10-6.