Использование синхротронного излучения отдельного электрона для спектрорадиометрии оптического диапазона

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. 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. 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. 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.

1. Элькин 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.html

2. Аневский 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.

3. 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_63-1

4. Shevelko A.P. Spectral instruments for x-ray and VUV plasma diagnostics. J. Phys.: Conf. Ser. 2018;1115(2):022042. http://doi.org/10.1088/1742-6596/1115/2/022042

5. Torretti 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/ab56d4

6. Berni 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/10.1117/12.2019888

7. Fryc 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/10.1117/12.353083

8. Han L. The principle and characteristics of photoelectric sensors. Science and Technology Innovation and Application. 2020;10:77–78.

9. 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/S336

10. Аневский 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.

11. 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-9-425-2020

12. Gottwald 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/s13360-022-03417-9

13. Woods 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/ac72dc

14. Anevsky S., Ivanov V., Kuznetsov V., Minaeva O., et al. Primary UV-radiation detector standards. Metrologia. 2003;40(1):S25. http://doi.org/10.1088/0026-1394/40/1/307

15. Сигов 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-2021-9-1-38-47

16. Сигов 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-2022-10-3-34-44

17. Schwinger J. On the Classical Radiarion of Accelerated Electrons. Phys. Rev. 1949;75(12):1912. https://doi.org/10.1103/PhysRev.75.1912

18. Wiedemann H. Particle Accelerator Physics. Springer Science & Business Media; 2007. P. 815–894.

19. 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.