Neue Messplätze für die diffuse Reflexion

Reflexionsmessungen an diffusen Proben spielen eine wichtige Rolle in den verschiedensten Gebieten der optischen Messtechnik. Die Kunden der PTB für Kalibrierungen bzgl. der diffusen Reflexion kommen aus den Bereichen der Papier-, Textil- und Farbindustrie, aus Firmen mit radiometrischer und photometrischer Produktpalette sowie aus anderen Staatsinstituten ohne eigene absolute Reflexionsskala. In der Regel werden diese Messungen an standardisierten Proben, Reflexionsnormale oder auch Weißstandards genannt, in genormten Reflexionsgeometrien durchgeführt. Aufgabe der AG 4.52 „Reflektometrie“ ist die Realisierung, Bewahrung und Weitergabe der Skalen der diffusen Reflexion, d. h. die Messung des (absoluten) spektralen Strahldichtefaktors β(λ) für verschiedene Messgeometrien. Eine Klasse dieser genormten Geometrien sind die so genannten hemisphärisch-gerichteten Geometrien, auch Kugel-Geometrien genannt.

Für Messungen in solch hemisphärisch-gerichteten Geometrien, dies bedeutet eine diffuse Einstrahlung auf die Probe mit Messung der gerichteten Reflexion, wird eine integrierende Kugel (Ulbricht-Kugel) verwendet. Das hierbei in der PTB verwendete Messverfahren ist die so genannte Korte-Schmidt-Methode, bei der die Kalibriergröße der spektrale Strahldichtefaktor β(λ) ist. Dieser ist definiert als Quotient der Strahldichte der Probe zur Strahldichte des in gleicher Weise bestrahlten absolut mattweißen Körpers (perfectly reflecting diffuser: PRD). Der PRD ist ein theoretisches Konzept und so definiert, dass er die auf ihn auftreffende Strahlung vollständig und vollkommen diffus (d. h. nach dem Lambert'schen Gesetz) reflektiert. Da es kein Material mit diesen Eigenschaften gibt, wird der PRD mit Hilfe der Messapparatur selbst realisiert.

Bei der Korte-Schmidt-Methode ist die zu messende Probe im Zentrum der Ulbrichtkugel (Kugeldurchmesser Ø = 0,5 m) so angeordnet, dass sich ihre Oberfläche in der Äquatorialebene der Kugel befindet. Die Probe wird dabei durch eine interne Lampe aus allen Richtungen des Halbraumes mit konstanter Strahldichte bestrahlt. Ein in der Kugelmitte angeordneter PRD würde die gleiche Strahldichte besitzen wie die Wand der ihn bestrahlenden Halbkugel. Die Messung der Strahldichte dieser Halbkugel ist also der Messung der vom PRD reflektierten Strahldichte gleichwertig. Mit der Apparatur sind Geometrien im Bereich d/0 bis d/10 einstellbar.

Im Rahmen des Umzuges in den Albert-Einstein-Bau wurden zwei automatisierte Kugelmessplätze aufgebaut, von denen der eine den sichtbaren Spektralbereich sowie den nahen ultravioletten und infraroten von 250 nm - 2,5 μm abdeckt. Die Innenwand der zweiten Kugel ist elektrochemisch mit Gold beschichtet, was Messungen im infraroten Spektralbereich bis zu einer Wellenlänge bis zu etwa 5 μm erlaubt.

Die beiden neuen Kugelmessplätze für diffus hemisphärisch-gerichtete Reflexion

Die Kugeln können für die Kalibrierungen um drei Achsen gedreht werden. Die Wellenlängenselektion in der Detektion wurde von einem bisher verwendeten Filtermonochromator auf zwei automatisch ansteuerbare Gittermonochromatoren umgestellt, die im Sichtbaren einen Bandpass von 3 nm und im Infraroten einen Bandpass von 6 nm bzw. 12 nm liefern.