Entwicklung einer empfängergestützten spektralen Bestrahlungsstärkeskala

Sperfeld, Peter

Es werden die in der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in der optischen Radiometrie gewonnenen Erfahrungen bei der neuen und verbesserten Realisierung der spektralen Bestrahlungsstärkeskala vorgestellt. Die Darstellung und Weitergabe dieser Skala umfaßt dabei drei Aufgabenbereiche: (i) Mit Spektroradiometern lassen sich unterschiedliche Strahler über einen großen Wellenlängenbereich quantitativ spektral miteinander vergleichen. Der Aufbau und die Charakteristika der drei inzwischen vorhandenen Kalibriermeßplätze für die spektrale Bestrahlungsstärke werden beschrieben. (ii) Ein Schwarzer Strahler mit seiner nach dem Planckschen Strahlungsgesetz berechneten Bestrahlungsstärke ist das Primärnormal für Temperaturstrahler im optischen Spektralbereich. Die Charakterisierung, Optimierung und Verwendung eines entsprechenden Hochtemperatur-Hohlraumstrahlers mit einem nutzbaren Temperaturbereich bis mindestens 3300 Kelvin wird vorgestellt. (iii) Die Temperatur ist der kritischste Parameter zur Berechnung der Bestrahlungsstärke eines Schwarzen Strahlers. Zur Bestimmung der Strahlertemperatur wird eine radiometrische Absolutmeßmethode vorgestellt, die über die Verwendung geeigneter Breitband-Filterdetektoren die gewichtete Bestrahlungsstärke des Schwarzen Strahlers auf die elektrische Leistung zurückführt. Eine weitere Meßmethode ermöglicht den direkten Vergleich der Strahlungsleistung eines Lasers mit der spektralen Bestrahlungsstärke des Schwarzen Strahlers an der Laserwellenlänge. Die Durchführbarkeit dieser zweiten, unabhängigen Methode wird demonstriert und ihre Ausbaufähigkeit aufgezeigt.

A new and improved spectral irradiance scale has been established at the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) within the optical radiometry; techniques and equipment developed and used are described and discussed. Realization and dissemination of the new radiometric scale are based on improvements in three fields: (i) Spectroradiometers are used to quantitatively and spectrally compare different radiators over a wide spectral wavelength range. Design and characteristics of the three existing facilities for the calibration of standards of spectral irradiance are described. (ii) A black-body following Planck‘s radiation law is used as the primary standard of spectral irradiance (and radiance) in the optical spectral range. Characterization, optimization and application of such a high-temperature cavity radiator with an available temperature range up to at least 3300 Kelvin are presented. (iii) Temperature is the most critical parameter for the calculation of the irradiance of a blackbody radiator. An absolute radiometric measurement method for the determination of the radiator temperature is presented, where the weighted irradiance of the black-body is traceable to the electric power by using appropriate broadband-filter detectors. A second measurement method is based on the comparison of the radiant power of a laser with the spectral irradiance of the black-body at the laser wavelength. The feasibility of this second, independent method is demonstrated and the potential for the improvement are pointed out.

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Sperfeld, Peter: Entwicklung einer empfängergestützten spektralen Bestrahlungsstärkeskala. 1999.

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