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Intensitätsmonitor für Freie-Elektronen-Laser

In Zusammenarbeit mit dem Deutschen Elektronensynchrotron (DESY) in Hamburg und dem Ioffe-Institut, St. Petersburg, wurde im Radiometrielabor der PTB am Berliner Elektronenspeicherring BESSY II ein Detektor für hochintensive Vakuum-UV-(VUV-) Strahlung entwickelt und kalibriert.

Der Detektor für VUV-Strahlung nutzt die Photoionisation von Edelgasen zur Messung der Strahlungsleistung.

Das Detektionsprinzip basiert auf der Photoionisation von Edelgasen und erlaubt den pulsaufgelösten Nachweis von Strahlung mit einigen Nanosekunden Zeitauflösung. Weil auch bei sehr hohen Strahlungsleistungen nur ein geringer Bruchteil der Edelgasatome ionisiert wird und Elektronen- und Ionennachweis ohne weitere Verstärkung erfolgen, ist der Detektor über einen weiten Strahlungsleistungsbereich linear. Deshalb konnte er mit monochromatisierter Synchrotronstrahlung bei mittleren Strahlungsleistungen von weniger als 1 µW kalibriert und dann zur quantitativen Messung von hochgradig gepulster VUV-Strahlung im Wellenlängenbereich um 90 nm mit Pulsspitzenleistungen von bis zu 150 MW am VUV-Freie-Elektronen-Laser (VUV-FEL) bei DESY eingesetzt werden.

Durch den Betrieb bei einem Gasdruck von nur 10-3 Pa ist der Detektor zu mehr als 99 % transparent. Daher wird das Prinzip zur Zeit mit dem Ziel weiterentwickelt, beim DESY-VUV-FEL-Projekt ab 2005 vier Detektionssysteme als Online-Intensitäts- und Strahllagemonitore in Betrieb zu nehmen. Geprüft wird auch ein Einsatz als kalibrierter Monitordetektor für die EUV-Strahlung gepulster Plasmaquellen im Rahmen mikrolithographischer Anwendungen bei 13 nm und für Röntgenstrahlung an der Sub-Picosecond-Photon-Source (SPPS) in Stanford.

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