Fluoreszenz bei PTFE-beschichteten Ulbrichtkugeln und Rezepte zur Beseitigung ihres Einflusses

Als Transfernormale für spektrale Bestrahlungsstärkemessungen werden üblicherweise Deuteriumlampen und Quarz-Halogenlampen eingesetzt. Für die Kalibrierung dieser Lampen werden in der PTB zwei verschiedene Messplätze eingesetzt: ein Spektrometer mit einer BaSO₄-Ulbrichtkugel und ein Spektrometer mit einer PTFE-Ulbrichtkugel jeweils als Eingangsoptik.

Der Vergleich der Messungen der spektralen Bestrahlungsstärke von Deuteriumlampen gegen Halogen-Glühlampen an beiden Messplätzen zeigte deutliche Abweichungen besonders im Wellenlängenbereich zwischen 270 nm und 365 nm. Der Verdacht auf verfälschende Einflüsse von Fluoreszenzeffekten wurde durch den Einsatz eines Kantenfilters bestätigt. Messungen an einer 30W-Deuteriumlampe mit und ohne Einsatz eines Kantenfilters konnten nachweisen, dass bei PTFE-beschichteten Ulbrichtkugeln Fluoreszenzeffekte in der Kugel tatsächlich eine starke Verfälschung der Ergebnisse hervorrufen. Das Kantenfilter unterdrückt die Strahlung im Wellenlängenbereich unterhalb der Wellenlänge 280 nm und verhindert die Fluoreszenz. Unter Berücksichtigung der spektralen Transmissionswerte des verwendeten Filters konnte aus der prozentualen Abweichung der tatsächlich gemessenen Strahlung von der erwarteten (rechnerischen) Strahlung schließlich die Fluoreszenz oberhalb der Filterkante ab etwa 280 nm abgeschätzt werden.

Es wurde ein praktikables Verfahren gefunden, um die Fluoreszenz zu vermeiden. Durch Erhitzen der PTFE-Ulbrichtkugel unter Unterdruck und Bestrahlung mit UV-Strahlung hoher Bestrahlungsstärke konnte die Fluoreszenz deutlich reduziert, bzw. sogar komplett ausgelöscht werden. Allerdings ist dieser Zustand offensichtlich nicht stabil, sondern ist mit der Zeit wieder rückläufig. Über die eigentlichen Ursachen der Fluoreszenz liegen noch keine gesicherten Erkenntnisse vor.