mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2023-11-5-71-80mireabulletin-765Research ArticleМИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКА. ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯMICRO- AND NANOELECTRONICS. CONDENSED MATTER PHYSICSИспользование синхротронного излучения отдельного электрона для спектрорадиометрии оптического диапазонаSynchrotron radiation of a single electron application for optical spectroradiometryСиговА. С.SigovA. S.

Сигов Александр Сергеевич, академик РАН, д.ф.-м.н., профессор, президент 

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

ResearcherID L-4103-2017

Scopus Author ID 35557510600

Alexander S. Sigov, Academician of the RAS, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, President

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454 

ResearcherID L-4103-2017

Scopus Author ID 35557510600

sigov@mirea.ruЛазаренкоЕ. P.LazarenkoE. R.

Лазаренко Евгений Русланович, заместитель руководителя Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

125039, Москва, Пресненская наб., д. 10, стр. 2

Evgenij R. Lazarenko, Deputy Head of the Federal Agency for Technical Regulation and Metrology 

10/2, Presnenskaya nab., Moscow, 125039

elazarenko@rst.gov.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9901-8897ГоловановаН. Б.GolovanovaN. B.

Голованова Наталия Борисовна, д.э.н., профессор, заместитель первого проректора

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus Author ID 57191447039

Natalia B. Golovanova, Dr. Sci. (Econ.), Deputy First Vice-Rrector

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454

Scopus Author ID 57191447039

golovanova@mirea.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9465-3210МинаеваО. А.MinaevaO. A.

Минаева Ольга Александровна, д.т.н., заведующий кафедрой метрологии и стандартизации Института перспективных технологий и индустриального программирования

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Scopus Author ID 6603019847

 

Olga A. Minaeva, Dr. Sci. (Eng.), Head of the Department of Metrology and Standardization, Institute of Advanced Technologies and Industrial Programming

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454

Scopus Author ID 6603019847

minaeva_o@mirea.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9197-0034АневскийС. И.AnevskyS. I.

Аневский Сергей Иосифович, д.т.н., профессор кафедры метрологии и стандартизации Института перспективных технологий и индустриального программирования

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Sergei I. Anevsky, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department of Metrology and Standardization, Institute of Advanced Technologies and Industrial Programming

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454

anevskij@mirea.ruhttps://orcid.org/0009-0009-6335-5531МинаевР. В.MinaevR. V.

Минаев Роман Владимирович, к.т.н., начальник научно-исследовательского отдела

119571, Россия, Москва, ул. 26-ти Бакинских Комиссаров, д. 5

Scopus Author ID 22235214600

Roman V. Minaev, Cand. Sci. (Eng.), Head of the Research Department

5, 26 Bakinskikh Komissarov ul., Moscow, 119571

Scopus Author ID 22235214600

minaev@eltktrosteklo.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3684-550XПушкинП. Ю.PushkinP. Yu.

Пушкин Павел Юрьевич, к.т.н., директор Института перспективных технологий и индустриального программирования

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Pavel Yu. Pushkin, Cand. Sci. (Eng.), Director of the Institute of Advanced Technologies and Industrial Programming

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454

pushkin@mirea.ruМИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian FederationФедеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)РоссияFederal Agency for Technical Regulation and Metrology (Rosstandart)Russian FederationООО «Электростекло»РоссияElektrostekloRussian Federation2023061020231157180Copyright © Сигов А.С., Лазаренко Е.P., Голованова Н.Б., Минаева О.А., Аневский С.И., Минаев Р.В., Пушкин П.Ю., 20232023Сигов А.С., Лазаренко Е.P., Голованова Н.Б., Минаева О.А., Аневский С.И., Минаев Р.В., Пушкин П.Ю.Sigov A.S., Lazarenko E.R., Golovanova N.B., Minaeva O.A., Anevsky S.I., Minaev R.V., Pushkin P.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/765Цели

Цели. Исследование метрологических характеристик источников и приемников оптического излучения в инфракрасной (ИК), видимой и ближней ультрафиолетовой (УФ) областях спектра в значительной мере основано на использовании уникальных метрологических свойств синхротронного излучения. Целью работы является развитие высокоточного метода определения числа ускоренных электронов накопительного кольца, основанного на использовании синхротронного излучения отдельного электрона для воспроизведения единиц величин спектрорадиометрии и фотометрии.

Методы

Методы. Определение числа ускоренных электронов позволяет для любого накопительного кольца рассчитать характеристики синхротронного излучения на длинах волн, намного бо́льших критической длины волны, т.е. в видимой, ближней УФ- и ИК-областях спектра. Это обеспечивает возможность, вне зависимости от энергии электронов, определить нормированные на число электронов основные метрологические характеристики, такие как сила света, яркость, освещенность, сила излучения, энергетическая освещенность, энергетическая яркость и другие.

Результаты

Результаты. Применение метода определения числа ускоренных электронов при малых токах электронного накопительного кольца позволяет обеспечить в широком динамическом диапазоне 1−1010 электронов на орбите значение суммарного среднеквадратического отклонения не более 0.01% для диапазона экспозиций приборов с зарядовой связью (ПЗС-матрицы) от 10−2 до 3 · 103 с.

Выводы

Выводы. Применение радиометра-компаратора на основе телескопа с ПЗС-матрицей, откалиброванного по чувствительности на источнике синхротронного излучения, особенно актуально при контроле пороговых значений яркостного контраста и пространственного распределения яркости объекта и фона, а также определения метрологических характеристик оптико-электронных средств измерений, включая ПЗС-камеры, радиометры, спектрорадиометры и фотометры.

Objectives

Objectives. The investigations of optical radiation sources and metrological detector characteristics in the infrared (IR), visible, and air ultraviolet (UV) spectral regions are partially based on the unique metrological properties of synchrotron radiation. The aim of this work is to develop a high-precision method for determining the storage ring accelerated electron number with synchrotron radiation of a single electron to establish spectroradiometry and photometry units.

Methods

Methods. By determining the number of accelerated electrons, any storage ring can be used to calculate the synchrotron radiation characteristics at wavelengths of many large then the critical wavelength in the visible, air UV, and IR regions of the spectrum. This makes it possible to determine the main metrological characteristics normalized to the number of electrons, such as luminous intensity, luminance, illuminance, radiant power, radiance, irradiance, etc., regardless of the energy of the electrons.

Results

Results. When applying the method for determining the number of accelerated electrons at low currents of the electronic storage ring, a total standard deviation of the number of accelerated electrons is less than 0.01% for an exposure range of the CCD matrix from 10−2 to 3 · 103 s in a wide dynamic range of 1−1010 electrons per orbit.

Conclusions

Conclusions. The use of a CCD-based radiometer-comparator calibrated by responsivity on a synchrotron radiation source is particularly relevant in monitoring luminance contrast thresholds and spatial distribution of object and background brightness, as well as determining metrological characteristics of optoelectronic measuring instruments, including CCD cameras, radiometers, spectroradiometers and photometers.

синхротронное излучениепорог чувствительностияркостный контрастпространственное распределение яркостисредства измеренийsynchrotron radiationresponsivity thresholdluminance contrastluminance spatial distributionmeasuring instrumentsReferencesЭлькин Г.И., Саламатов В.Ю., Крутиков В.Н., Новиков Н.Ю. Состояние и основные направления работ в области обеспечения единства измерений в Российской Федерации. Законодательная и прикладная метрология. 2010;3:5–10. URL: https://metrob.ru/html/Stati/metrolob/napravlenia.htmlEl’kin G.I., Salamatov V.Yu., Krutikov V.N., NovikovN.Yu. The state and main directions of work in the field of ensuring the uniformity of measurements in the Russian Federation. Zakonodatel’naya i prikladnaya metrologiya = Legislative and Applied Metrology. 2010;3:5–10 (in Russ.). Available from URL: https://metrob.ru/html/Stati/metrolob/napravlenia.htmlАневский С.И., Минаева О.А., Крутиков В.Н., Минаев Р.В. и др. Метрологическое обеспечение нанотехнологий и продукции наноиндустрии. М.: Издательство «Логос»; 2011. 592 с.Anevskii S.I., Minaeva O.A., Krutikov V.N., Minaev R.V., et al. Metrological Support of Nanotechnologies and Nanoindustry Products. Moscow: Logos; 2011. 592 p. (in Russ.).Richter M., Ulm G. Metrology with Synchrotron Radiation. In: Jaeschke E., Khan S., Schneider J., Hastings J. (Eds.). Synchrotron Light Sources and Free-Electron Lasers. Springer; 2020. P. 1–35. https://doi.org/10.1007/978-3-319-04507-8_63-1Richter M., Ulm G. Metrology with Synchrotron Radiation. In: Jaeschke E., Khan S., Schneider J., Hastings J. (Eds.). Synchrotron Light Sources and Free-Electron Lasers. Springer; 2020. P. 1–35. https://doi.org/10.1007/978-3-319-04507-8_63-1Shevelko A.P. Spectral instruments for x-ray and VUV plasma diagnostics. J. Phys.: Conf. Ser. 2018;1115(2):022042. http://doi.org/10.1088/1742-6596/1115/2/022042Shevelko A.P. Spectral instruments for x-ray and VUV plasma diagnostics. J. Phys.: Conf. Ser. 2018;1115(2):022042. http://doi.org/10.1088/1742-6596/1115/2/022042Torretti F., Liu F., Bayraktar M., Scheers J., Bouza Z., Ubachs W., Hoekstra R., Versolato O. Spectral characterization of an industrial EUV light source for nanolithography. J. Phys. D: Appl. Phys.2019;53(5):055204. http://doi.org/10.1088/1361-6463/ab56d4Torretti F., Liu F., Bayraktar M., Scheers J., Bouza Z., Ubachs W., Hoekstra R., Versolato O. Spectral characterization of an industrial EUV light source for nanolithography. J. Phys. D: Appl. Phys.2019;53(5):055204. http://doi.org/10.1088/1361-6463/ab56d4Berni L.Â., Vilela W.A., Beloto A.F., de Sena F.O. System for measuring the angular response of radiometers. In: Proc. 8th Iberoamerican Optics Meeting and 11th Latin American Meeting on Optics, Lasers, and Applications. 2013. V. 8785. https://doi.org/10.1117/12.2019888Berni L.Â., Vilela W.A., Beloto A.F., de Sena F.O. System for measuring the angular response of radiometers. In: Proc. 8th Iberoamerican Optics Meeting and 11th Latin American Meeting on Optics, Lasers, and Applications. 2013. V. 8785. https://doi.org/10.1117/12.2019888Fryc I. Spectral correction of detector used in illuminance measurements. In: Proc. 11th Slovak-Czech-Polish Optical Conference on Wave and Quantum Aspects of Contemporary Optics (SPIE 3820). 1999. V. 3820. P. 343–348. https://doi.org/10.1117/12.353083Fryc I. Spectral correction of detector used in illuminance measurements. In: Proc. 11th Slovak-Czech-Polish Optical Conference on Wave and Quantum Aspects of Contemporary Optics (SPIE 3820). 1999. V. 3820. P. 343–348. https://doi.org/10.1117/12.353083Han L. The principle and characteristics of photoelectric sensors. Science and Technology Innovation and Application. 2020;10:77–78.Han L. The principle and characteristics of photoelectric sensors. Science and Technology Innovation and Application. 2020;10:77–78.Lutz W. The CCPR K2.c key comparison of spectral responsivity from 200 nm to 400 nm. Metrologia. 2014;51(6):S336. http://doi.org/10.1088/0026-1394/51/6/S336Lutz W. The CCPR K2.c key comparison of spectral responsivity from 200 nm to 400 nm. Metrologia. 2014;51(6):S336. http://doi.org/10.1088/0026-1394/51/6/S336Аневский С.И., Золотаревский Ю.М., Иванов В.С., Крутиков В.Н., Минаева О.А., Минаев Р.В. Спектрорадиометрия ультрафиолетового излучения. Измерительная техника. 2015;11:26–30.Anevskii S.I., Zolotarevskii Y.M., Ivanov V.S., et al. Spectroradiometry of ultraviolet radiation. Meas. Tech. 2016;28(11):1216–1222. http://doi.org/10.1007/s11018-016-0873-9 [Original Russian Text: Anevskii S.I., Zolotarevskii Yu.M., Ivanov V.S., Krutikov V.N., Minaeva O.A., Minaev R.V. Spectroradiometry of ultraviolet radiation. Izmeritel’’naya Tekhnika. 2015;11:26–30 (in Russ.).]König S., Gutschwager B., Taubert R.D., Hollandt J. Metrological Сharacterization and Сalibration of Thermographic Cameras for Quantitative temperature measurement. Sens. Sens. Syst. 2020;9(2):425–442. https://doi.org/10.5194/jsss-9-425-2020König S., Gutschwager B., Taubert R.D., Hollandt J. Metrological Сharacterization and Сalibration of Thermographic Cameras for Quantitative temperature measurement. Sens. Sens. Syst. 2020;9(2):425–442. https://doi.org/10.5194/jsss-9-425-2020Gottwald A., Krumrey M., Scholze F., et al. Metrology with synchrotron radiation at PTB. Eur. Phys. J. Plus. 2022;137(11):1238. https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-022-03417-9Gottwald A., Krumrey M., Scholze F., et al. Metrology with synchrotron radiation at PTB. Eur. Phys. J. Plus. 2022;137(11):1238. https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-022-03417-9Woods S., Neira J., Proctor J., Rice J., Tomlin N., White M., Stephens M., Lehman J. Generalized Electrical Substitution Methods and Detectors for Absolute Optical Power Measurements. Metrologia. 2022;59(4):044002. https://doi.org/10.1088/1681-7575/ac72dcWoods S., Neira J., Proctor J., Rice J., Tomlin N., White M., Stephens M., Lehman J. Generalized Electrical Substitution Methods and Detectors for Absolute Optical Power Measurements. Metrologia. 2022;59(4):044002. https://doi.org/10.1088/1681-7575/ac72dcAnevsky S., Ivanov V., Kuznetsov V., Minaeva O., et al. Primary UV-radiation detector standards. Metrologia. 2003;40(1):S25. http://doi.org/10.1088/0026-1394/40/1/307Anevsky S., Ivanov V., Kuznetsov V., Minaeva O., et al. Primary UV-radiation detector standards. Metrologia. 2003;40(1):S25. http://doi.org/10.1088/0026-1394/40/1/307Сигов А.С., Минаева О.А., Лебедев А.М., Минаев Р.В. Метрологические исследования характеристик многослойных поверхностных покрытий с использованием синхротронного излучения. Russ. Technol. J. 2021;9(2): 38–46. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-1-38-47Sigov A.S., Minaeva O.A., Anevsky S.I., Lebedev A.M., Minaev R.V. Metrological studies of the characteristics of multilayer surface coatings using synchrotron radiation. Russ. Technol. J. 2021;9(1):38–47 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-1-38-47Сигов А.С., Голованова Н.Б., Минаева О.А., Аневский С.И., Шамин Р.В., Останина О.И. Решение актуальных задач спектрорадиометрии с использованием синхротронного излучения. Russ. Technol. J. 2022;10(3):34–44. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2022-10-3-34-44Sigov A.S., Golovanova N.B., Minaeva O.A., Anevsky S.I., Shamin R.V., Ostanina O.I. Solution of topical specroradiometric problems using synchrotron radiation. Russ. Technol. J. 2022;10(3):34–44 (in Russ.). https://doi.org/10.32362/2500-316X-2022-10-3-34-44Schwinger J. On the Classical Radiarion of Accelerated Electrons. Phys. Rev. 1949;75(12):1912. https://doi.org/10.1103/PhysRev.75.1912Schwinger J. On the Classical Radiarion of Accelerated Electrons. Phys. Rev. 1949;75(12):1912. https://doi.org/10.1103/PhysRev.75.1912Wiedemann H. Particle Accelerator Physics. Springer Science & Business Media; 2007. P. 815–894.Wiedemann H. Particle Accelerator Physics. Springer Science & Business Media; 2007. P. 815–894.Аневский С.И., Золотаревский Ю.М., Крутиков В.Н., Лебедев А.М., Минаев Р.В., Сенин Д.С., Станкевич В.Г. Использование эталонного источника синхротронного излучения для калибровки чувствительности телескопа с ПЗС-матрицей с высоким угловым разрешением. Измерительная техника. 2015;5:33–36.Anevskii S.I., Zolotarevskii Y.M., Krutikov V.N., et al. The Use of a Standard Source of Synchrotron Radiation for Calibration of the Sensitivity of a Telescope with CCD Array and High Angular Resolution. Meas. Tech. 2015;58(5):520–525. https://doi.org/10.1007/s11018-015-0747-6 [Original Russian Text: Anevskii S.I., Zolotarevskii Yu.M., Krutikov V.N., Lebedev A.M., Minaev R.V., Senin D.S., Stankevich V.G. The Use of a Standard Source of Synchrotron Radiation for Calibration of the Sensitivity of a Telescope with CCD Array and High Angular Resolution Izmeritel’naya Tekhnika. 2015;5:33–36 (in Russ.).]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.