Решение актуальных задач спектрорадиометрии с использованием синхротронного излучения

Цели. Использование синхротронного излучения позволяет решать фундаментальные метрологические задачи воспроизведения и передачи единиц спектрорадиометрии, разрабатывать методы и средства метрологического обеспечения современных технологий, таких как нанофотолитография в электронной промышленности. Развитие твердотельных источников и приемников излучения формирует новые актуальные задачи исследования метрологических характеристик светодиодов, многоэлементных матричных приемников, ПЗС-камер и телескопов, успешное решение которых зависит от использования свойств эталонного источника синхротронного излучения. Целью работы является развитие методов спектрорадиометрии для метрологических каналов электронного накопительного кольца при контроле характеристик компонентов в электронной промышленности, при исследованиях и калибровках радиометров, фотометров, излучателей в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра.

Методы. Методы передачи единиц спектрорадиометрии на электронном накопительном кольце основаны на использовании классической теории Ю. Швингера, описывающей электромагнитное излучение релятивистского электрона, для расчета спектральных энергетических характеристик синхротронного излучения с учетом поляризационных компонентов.

Результаты. Рассмотрены возможности развития методов передачи единиц спектрорадиометрии с использованием синхротронного излучения и создания испытательной установки. Эта установка включает в себя компаратор на основе монохроматора, телескопа с ПЗС-матрицей, спектрорадиометра, радиометра, фотометра, гониометра и интегрирующей сферы, позволяющих проводить измерения полного набора спектрорадиометрических и фотометрических характеристик источников и приемников излучения – от наиболее дифференциального распределения спектральной плотности энергетической яркости по излучающей области до интегрального потока излучения с прослеживаемостью к эталонному источнику синхротронного излучения.

Выводы. Определение метрологических характеристик светодиодных излучателей, многоэлементных матричных приемников, ПЗС-камер и телескопов с использованием синхротронного излучения представляется наиболее перспективным направлением с учетом малых размеров излучающей области синхротронного излучения, Гауссова распределения энергетической яркости по излучающей области электронного сгустка синхротрона, широкого динамического диапазона перестройки спектра за счет изменения энергии и числа ускоренных электронов.

1. Richter M., Ulm G. Metrology with Synchrotron Radiation. In: Jaeschke E., Khan S., Schneider J.R., Hastings J.B. (Eds.). Synchrotron Light Sources and Free-Electron Lasers. Springer; 2020. P. 1–35. https://doi.org/10.1007/978-3-319-04507-8_63-1

2. Li H., Li B., Wang S., Li Z., Qi J., Yu M., Huang Y., Li Y., Barboutis A., Lubeck J., Klein R., Kroth S., Paustian W., Ressin M., Thornagel R. Research on the irradiance calibration of a VUV dual-grating spectrometer based on synchrotron radiation. Opt. Commun. 2020;475:126254. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2020.126254

3. Hurdax P., Hollerer M., Egger L., Koller G., Yang X., Haags A., Soubatch S., Tautz F.S., Richter M., Gottwald A., Puschnig P., Sterrer M., Ramsey M.G. Controlling the electronic and physical coupling on dielectric thin films. Beilstein J. Nanotechnol. 2020;11:1492–1503. https://doi.org/10.3762/bjnano.11.132

4. Chkhalo N.I., Gusev S.A., Nechay A.N., Pariev D.E., Polkovnikov V.N., Salashchenko N.N., et al. Highreflection Mo/Be/Si multilayers for EUV lithography. Optic. Lett. 2017;42(24):5070–5073. https://doi.org/10.1364/ol.42.005070

5. Steiger A., Kehrt M., Deninger A. A reference material for accurate THz measurements. In: 2018 43rd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz). 2018:8510011. https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510011

6. Sperling A., Meyer M., Pendsa S., Jordan W., Revtova E., Poikonen T., Renaux D., Blattner P. Multiple Transfer Standard for calibration and characterization of the setups for LED lamps and luminaires in industry. Metrologia. 2018;55(2):S37–S42. https://doi.org/10.1088/1681-7575/aaa173

7. Сигов А.С., Минаева О.А., Аневский С.И., Лебедев А.М., Минаев Р.В. Метрологические исследования характеристик многослойных поверхностных покрытий с использованием синхротронного излучения. Российский технологический журнал. 2021;9(1):38–47. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-1-38-47

8. Schneider P., Salffner K., Sperling A., Nevas S., Kröger I., Reiners T. Improved calibration strategy for luminous intensity. J. Phys.: Conf. Series. 2018;972(1):012016. https://doi.org/10.1088/1742-6596/972/1/012016

9. Klein R., Kroth S., Paustian W., Richter M., Thornagel R. PTB’s radiometric scales for UV and VUV source calibration based on synchrotron radiation. Metrologia. 2018;55(3):386. https://doi.org/10.1088/1681-7575/aab803

10. Reichel T., Gottwald A., Kroth U., Laubis C., Scholze F. Developments in calibration of EUV and VUV detectors for solar orbiter instrumentation using synchrotron radiation. In: Proc. SPIE 9905, Space Telescopes and Instrumentation 2016: Ultraviolet to Gamma Ray, 990547990547-6. https://doi.org/10.1117/12.2231405

11. Sildoja M., Nevas S., Pape S., Pendsa S., Sperfeld P., Kemus F. LED-based UV monitoring source. In: 13th International Conference on New Developments and Applications in Optical Radiometry (NEWRAD 2017), Proceedings. 2017: 92–93.

12. Schwihys J. On the classical radiation of accelerated electrons. Phys. Rev. 1949;75(12):1912–1925. https://doi.org/10.1103/PhysRev.75.1912

13. Sildoja M., Nevas S., Kouremeti N., Gröbner J., Pape S., Pendsa S., Sperfeld P., Kemus F. LED-based UV source for monitoring spectroradiometer properties. Metrologia. 2018;55(3):97–103. https://doi.org/10.1088/1681-7575/aab639

14. Schmähling F., Wuebbeler G., Krueger U., Ruggaber B., Schmidt F., Taubert R.D., Sperling A., Elster C. Uncertainty evaluation and propagation for spectral measurements. Color Reseach & Application. 2018;43(1):6–16. https://doi.org/10.1002/col.22185

15. McEvoy H.C., Martin M-J., Steiner A., Schreiber E., Girard F., Battuello M., Sadli M., Ridoux P., Gutschwager B., Hollandt J., Diril A., Pehlivan Ö. Report on the measurement results for the EURAMET 658 extension: project to examine underlying parameters in radiance scale realization. Metrologia. 2018;55(1A):03001. https://doi.org/10.1088/0026-1394/55/1A/03001

16. Zuber R., Sperfeld P., Nevas S., Sildoja M. A stray light corrected array spectroradiometer for complex high dynamic range measurements in the UV spectral range. In: 13th International Conference on New Developments and Applications in Optical Radiometry (NEWRAD 2017), Proceedings. 2017:65–66.

17. Kokka F., Poikonen T., Blattner P., Jost S., Ferrero S., Pulli T., Ngo M., Thorseth A., Gerloff T., Dekker P., Stuker F., Klej A., Ludwig K., Schneider M., Reiners T., Ikonen E. Development of LED illuminants for colorimetry and recommendation of white LED reference spectrum for photometry. Metrologia. 2018;55(4):526–534. https://doi.org/10.1088/1681-7575/aacae7

18. Ferrero A., Velázquez J.L., Pons A., Campos J. Index for the evaluation of the general photometric performance of photometers. Opt. Express. 2018;26(14):18633–18643. https://doi.org/10.1364/OE.26.018633

19. Gutschwager B., Hollandt J. Nonuniformity correction of infrared cameras by reading radiance temperatures with a spatially nonhomogeneous radiation source. Meas. Sci. Technol. 2017;28(1):015401. https://doi.org/10.1088/1361-6501/28/1/015401

20. Strothkämper C., Ferrero A., Koo A., Jaanson P., Ged G., Obein G., Källberg S., Audenaert J., Leloup F.B., Martínez-Verdú F.M., Perales E., Schirmacher A., Campos J. Multilateral spectral radiance factor scale comparison. Appl. Opt. 2017;56(7):1996–2006. https://doi.org/10.1364/ao.56.001996

21. Kokka A., Pulli T., Poikonen T., Askola J., Ikonen E. Fisheye camera method for spatial non-uniformity corrections in luminous flux measurements with integrating spheres. Metrologia. 2017;54(4):577–583. https://doi.org/10.1088/1681-7575/aa7cb7

22. Kokka A., Pulli T., Ferrero A., Dekker P., Thorseth A., Kliment P., Klej A., Gerloff T., Ludwig K., Poikonen T., Ikonen E. Validation of the fisheye camera method for spatial non-uniformity corrections in luminous flux measurements with integrating spheres. Metrologia. 2019;56(4):045002. https://doi.org/10.1088/1681-7575/ab17fe