Titel: Einsatz eines Superkontinuum-Lasers zur Charakterisierung von Detektoren im VIS- und NIR-Spektralbereich für die absolutradiometrische Temperaturmessung, PTB-Bericht Opt-80, Oktober 2017
Autoren: Bünger, Lars Jens, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Fachbereich 7.4, Temperatur
Beitragende: HostingInstitution: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), ISNI: 0000 0001 2186 1887
Editor: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), ISNI: 0000 0001 2186 1887
Seiten:201
Sprache:de
DOI:10.7795/110.20180411
Art der Ressource: Text / Dissertation
Herausgeber: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
Rechte: Vervielfältigung nur zum eigenen persönlichen Gebrauch.
Daten: Verfügbar: 2018-04-11
Erstellt: 2017-10
Veröffentlicht: 2017-10
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Schlagworte Absolutradiometrie ; CCD-Sensor ; hohe Temperaturen ; mise-en-pratique ; Strahldichtemesskamera ; Strahlungsthermometrie ; Superkontinuum-Laser
Zusammenfassung: Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung, Charakterisierung, Optimierung und Nutzung eines neuartigen Messplatzes für die hochgenaue absolutradiometrische Kalibrierung abbildender Radiometer mit einem Superkontinuum-Laser als Strahlungsquelle. Der Messplatz ermöglicht die Bestimmung der absoluten spektralen Strahldichteempfindlichkeit von abbildenden Radiometern und damit auch die bildgebende, radiometrische Messung von thermodynamischen Temperaturen als eine primärthermometrische Methode. Die Bestimmung der Strahldichteempfindlichkeit erfolgt mittels spektraler Vergleichsmessungen an einer Ulbricht-Kugel (UK) als großflächige, homogene Strahlungsquelle gegen einen Transferdetektor mit bekannter spektraler Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit.
Im Vergleich zu konventionellen breitbandigen Strahlungsquellen konnte mit dem leistungsstabilisierten Superkontinuum-Laser die Strahldichte an der Ausgangsapertur der UK um mehr als zwei Größenordnungen gesteigert werden. Damit war es möglich, die inhärenten Leistungsverluste der für die Kalibrierung von bildgebenden Radiometern notwendigen UK vollständig zu kompensieren. Für den Einsatz des Lasers wurde eine effektive Einkopplung der kollimierten Strahlung in den Messplatz umgesetzt und ein neues Verfahren zur Stabilisierung der Strahldichte auf besser als 0 , 05 % ( k =1) entwickelt und eingesetzt.
Der entwickelte Messplatz eignet sich zur routinemäßigen Kalibrierung von abbildenden Radiometern über einen weiten spektralen Bereich von 450 nm bis 1 , 66 µm mit relativen Unsicherheiten von weniger als 0 , 1 % ( k =1). Die an dem Messplatz absolut kalibrierten Radiometer ermöglichen einerseits Unsicherheiten bei der thermodynamischen Temperaturmessung oberhalb der Erstarrungstemperatur des Silberfixpunktes (961 , 78 ◦ C), die vergleichbar sind mit dem klassischen, relativen Extrapolationsverfahren der Internationalen Temperaturskala ITS-90 und erlauben andererseits unterhalb des Silberfixpunktes ein alternatives Verfahren für die Messung von thermodynamischen Temperaturen. Die Auswirkung des Bandbreitenefefkts auf die Temperaturbestimmung wurde über einen Temperaturbereich von 500 K bis 3000 K theoretisch und experimentell untersucht und beträgt für Strahldichtebestimmungen weniger als 0 , 005 % ( k =1), d. h. weniger als 82 mK. Der Messplatz ist damit die erste Kalibriereinrichtung für die hochgenaue Bestimmung der spektralen Strahldichteempfindlichkeit von bildgebenden Radiometern zur Temperaturmessung an einem Staatsinstitut auf der Grundlage eines Superkontinuum-Lasers. Er zeichnet sich durch ein hohes Maß an Praktikabilität und Automatisierung aus und stellt eine gut verfügbare Alternative zu den komplexen, monochromatisch durchstimmbaren, lasergestützten Anlagen mit vergleichbaren Messunsicherheiten dar, ohne dabei deren inhärentes Problem mit Kohärenzeffekten zu haben.
Die Leistungsfähigkeit des Messplatzes wurde durch zwei weltweit bisher nicht erreichte radiometrische Kalibrierungen nachgewiesen. Bei den dabei erstmals charakterisierten Radiometern handelt es sich um eine im VIS-Spektralbereich arbeitende Strahldichtemesskamera und um ein im NIR-Spektralbereich empfindliches Strahlungsthermometer. Die sehr gute Übereinstimmung der so erzielten radiometrischen Ergebnisse mit der etablierten ITS-90 konnte durch die Validierung an nationalen Normalen der PTB bestätigt werden. Dabei ergaben sich Übereinstimmungen im Rahmen der relativen Messunsicherheiten von 1 % für die Strahldichtemesskamera und von 0 , 1 % für das Strahlungsthermometer.
Zitierform: Bünger, Lars Jens. Einsatz eines Superkontinuum-Lasers zur Charakterisierung von Detektoren im VIS- und NIR-Spektralbereich für die absolutradiometrische Temperaturmessung. Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), 2017. Verfügbar unter: https://doi.org/10.7795/110.20180411