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Spektrale Bestrahlungsstärke-Kalibrierung von Lampennormalen mit TULIP

30.09.2010

Die Kalibrierung der spektralen Bestrahlungsstärke von Lampennormalen wird üblicherweise auf die Strahlung eines Hochtemperatur-Hohlraumstrahlers (T > 3200 K) zurückgeführt, dessen radiometrische Temperatur mit Hilfe eines Breitbandradiometers bestimmt wird. Die Kalibrierung des Breitbandradiometers wird auf das Kryoradiometer rückgeführt. Im Kryoradiometer wiederum wird die optische Strahlungsleistung direkt auf die elektrische Leistung bezogen.

Im Rahmen einer Doktorarbeit wurde jetzt erfolgreich demonstriert, dass die spektrale Bestrahlungsstärke-Kalibrierung von Lampennormalen grundsätzlich auch mit Hilfe eines Lasersystems TULIP (Tuneable Lasers in Photometry) und zwar ohne den Hochtemperatur-Hohlraumstrahler von der Einheit Watt abgeleitet werden kann. Basis für alle Messungen bleibt nach wie vor das Kryoradiometer, das nationale radiometrische Strahlungsempfängernormal für optische Strahlungsleistung.

Mit dem durchstimmbaren Lasersystem TULIP wurde ein Versuchsaufbau realisiert, in dem – spektral durchstimmbar über einen weiten Wellenlängenbereich - ein homogenes monochromatisches Strahlungsfeld mit relativ hoher spektraler Bestrahlungsstärke erzeugt wird. Die spektrale Bestrahlungsstärke wird dabei jeweils mit einem auf das Kryoradiometer rückgeführten sog. Trap-Detektor und einer kalibrierten Messblende gemessen. Mit dem auf diese Weise erzeugten, spektral einstellbaren Strahlungsfeld wird die spektrale Empfindlichkeit eines geeigneten Spektroradiometers bestimmt, mit dem schließlich die absolute spektrale Empfindlichkeit von Lampennormalen gemessen wird.

Für die Messung der spektralen Bestrahlungsstärke von Lampennormalen im Wellenlängenbereich 565 nm bis 975 nm wurde demonstriert, dass diese neue Methode mit akzeptabler Messunsicherheit durchgeführt werden kann: die abgeschätzte relative Messunsicherheit im genannten Spektralbereich beträgt 0,8% (k=2). Der Vergleich mit Ergebnissen, die mit dem Hochtemperatur-Hohlraumstrahler erzielt wurden, ergab eine gute Übereinstimmung im Rahmen der Messunsicherheiten.

Das Potential dieser neuen Methode liegt u.a. in der Verringerung der Messunsicherheit insbesondere auch im kurzwelligen Spektralbereich. Strahlungsquellen sind leistungsfähige Lasersysteme, die nach Frequenzvervielfachung im UV-Bereich hohe Bestrahlungsstärkefelder erzeugen können. Hier stößt der Hochtemperatur-Hohlraumstrahler an seine technischen Grenzen, da seine Temperatur im offenen Dauerbetrieb praktisch kaum noch gesteigert werden kann.

Schematische Darstellung des Messaufbaus:

a)     Kalibrierung der absoluten spektralen Bestrahlungsstärke Empfindlichkeit des Spektroradiometers nach dem Substitutionsprinzip im homogenisierten Strahlungsfeld eines durchstimmbaren Lasers

b)     Messung der absoluten spektralen Bestrahlungsstärke der zu kalibrierenden Lampe unter Verwendung des kalibrierten Spektroradiometers