9.3. Воспроизведение спектрорадиометрических единиц и шкал и передача их размеров в УФ диапазоне спектра

Опыт эксплуатации в течение 25 лет Государственного первичного эталона единицы СПЭЯ на основе источника синхротронного излучения убедительно доказал, что при весьма высокой точности воспроизведения им спектрорадио­метрических единиц и шкал в УФ области спектра (суммарная стандартная относительная неопределенность ~ 1 %) по-прежнему актуальной и трудно­разрешимой является проблема разработки, создания и исследования вторич­ных эталонных ЭОИП и ОЭИП, обеспечивающих требуемый уровень точности передачи размеров единиц и шкал в воздушном и вакуумном ультрафиолете (УФ-А и УФ-В).

Проблема распадается на три части: выбор метода калибровки ВЭ по ПЭ; метрологические исследования и калибровка ЭОИП в качестве ВЭ; то же применительно к ОЭИП. В работе [59] детально рассмотрены эти вопросы и выработаны конкретные рекомендации, реализуемые в отечественной мет­рологической практике.

Методы калибровки вторичных спектрорадиометрических эта­лонов в УФ области спектра. Простые, эффективные и надежные источ­ники УФ излучения типа «Тролль» были разработаны во ВНИИОФИ [59]. Эти портативные устройства работали в импульсном режиме и предназначались для калибровки ЭОИП и ОЭИП, используемых во вторичных радиометри­ческих эталонах. Импульсный режим работы позволял устранить присущий источникам синхротронного излучения недостаток применительно к спектро-радиометрии — резкую угловую неоднородность поляризационных компонент потока излучения. Это было достигнуто расчетом (экстраполяцией) относи­тельного спектрального распределения плотности мощности синхротронного излучения в УФ область с опорной (референтной) длиной волны в видимом диапазоне с «абсолютной привязкой» этого участка шкалы к спектрорадио-метрической шкале, воспроизведенной с помощью ВМЧТ. (Идея решения этой задачи подобным способом была предложена в 1969 г. Питцем (Pitz) и, по-видимому, остается безальтернативной и поныне).

Основным источником неопределенности при передаче размера едини­цы спектрорадиометрической величины от первичного источника поляризо­ванного излучения (синхротрона) вторичным источникам неполяризованного излучения является именно эта несогласованность состояний поляризации. В большом сгустке электронов работающего в импульсном режиме «Тролля» компонента излучения с π -поляризацией сокращает угол наклонения в сред­ней (орбитальной) плоскости и, следовательно, отношение σ - и тг-компонент начинает слабо зависеть от угла наклона в средней плоскости. Это позво­ляет исключить из приводимых далее уравнений, описывающих методику сличения первичного и вторичного эталонных излучателей, ЗХ компаратора, которая в противном случае оказывала бы сильное влияние на результаты измерений.

На рис. 9. 4 приведена структурная схема установки для калибровки ВЭ.

Рис. 9. 4. Структурная схема установки для калибровки вторичных УФ эталонных излу­чателей: 1 — сферическое зеркало; 2 — «Тролль»; 3 — диафрагма, являющаяся общей входной щелью для двух монохроматоров; 4 — диафрагма; 5 — монохроматор для УФ области спектра; 6 — монохроматор для видимой области спектра; 7, 8 — ОЭИП; 9 — ВМЧТ; 10 — излучатель ВЭ; 11, 12 — зеркала; 13, 14 — аналого-цифровые преобразователи; 15 — компьютер тором производится сравнение его излучательных параметров с характери­стиками излучений ВМЧТ и эталонных ламп.

Диафрагма 4 разделяет по­ток излучения «Тролля» на два пучка, а сферическое зеркало фокусирует их на апертуре диафрагмы 3, являющейся общей входной щелью для двух монохроматоров: один из них работает в УФ, а другой в видимом диапазоне спектра. Зеркала 11 и 12 направляют на сферическое зеркало излучения, соответственно, вторичного эталона и ВМЧТ.

Сигналы на выходе компаратора описываются следующими уравнения­ми [59]:

Где , — сигналы компаратора при воздействии синхротронного излучения на длинах волн λ и λ ο; ,  — мощности σ -поляризованных ком­понент синхротронного излучения на длинах волн А и λ ο; , — мощности тг-поляризованных компонент синхротронного излучения на длинах волн λ и λ ο; , — коэффициенты преобразования компаратором σ -компонент излучения на длинах волн λ и λ ο; , — коэффициенты преобразования компаратором тг-компонент излучения на длинах волн λ и λ ο; Δ λ, Δ λ ο — спектральные интервалы, «вырезаемые» монохроматором при центральных длинах волн λ и λ ο; , — сигналы компаратора при воздействии излучения лампы при длине волны λ и ВМЧТ при длине волны λ ο; ,  — коэффициенты отражения зеркала 11 при длине волны λ и зерка­ла 12 при длине волны λ ο; , - потоки излучения лампы 10 при длине волны λ и ВМЧТ 9 при длине волны λ ο; — угловое поле зрения компаратора в направлении орбитальной плоскости «Тролля»; ψ _ο — то же в направлении, перпендикулярном орбитальной плоскости «Тролля»; ψ — угол наклона орбитальной плоскости.

Поскольку расстояния от каждого из трех источников излучения до ком­паратора одинаковы, уравнения преобразуются к следующему виду:

Где

В окончательном виде соотношение сигналов компаратора сводится к вы­ражению [59]

.

Таким образом, результат сравнения описывается лишь относительным спектральным распределением синхротронного излучения, а решение этого уравнения может быть получено без упрои; ающих допущений. Вторичные эта­лонные излучатели можно калибровать в здиницах СПЭЯ, СПЭО, мощности излучения. Вторичные эталонные ОЭИП л ожно калибровать по спектральной чувствительности или по спектральной ш отности лучистого потока.

Используемые в воздушном и вакуум: юм УФ в качестве ВЭ газоразряд­ные лампы отечественного производства перечислены в табл. 9. 1. При выборе эталонных ламп следует принимать во взимание, что скорость уменьшения интенсивности их излучения в УФ-А диапазоне спектра после 100 ч использо­вания не должна превышать 0, 5 %/ч. Крол е того, при постоянной подводимой к лампе электрической мощности необходимо контролировать разность по­тенциалов на ее зажимах. В качестве эталона нужно применять группу ламп. Все эти меры позволили обеспечить воспроизведение и передачу ламповым ВЭ размеров спектрорадиометрических единиц в УФ области спектра с неста­бильностью и невоспроизводимостью, не превышающей 4 %/год.

В диапазоне λ < 105 нм наиболее подходящими излучателями для ВЭ служат безоконные источники на основе разряда с испаряющейся стенкой или сфокусированной плазмы. Оба вида источников генерируют импульсы излу­чения шириной в несколько микросекунд в диапазоне длин волн 30-200 нм с СПЭЯ от 1015 до 1017 Вт· м~3· ср" 1. Не воспроизводимость излучательных характеристик этих источников не превышает нескольких процентов.

Наиболее подходящие для использования в качестве ВЭ отечественные ОЭИП для УФ-А и -В диапазонов представлены в табл. 9. 2. Наилучшими метрологическими характеристиками (стабильностью, воспроизводимостью, отсутствием ЗХ) обладают солнечнослепые ФЭУ с RbTe и CsJ фотокатодами. Калибровка этих ВЭ выполняется в 2 этапа: по ПЭ на основе синхротронного излучателя калибруется в единицах СПЭО! монохроматический источник, а затем по нему вторичный эталонный ОЭИП калибруется по СХ преоб­разования. Такой метод калибровки с использованием интерференционных фильтров и солнечнослепых ОЭИП гарантирует высокую точность измерений в УФ-А диапазоне спектра [59].

Таблица 9. 1. Эталонные газоразрядные ЭОИП для воздушного и вакуумного УФ [59]

Таблица 9. 2. Эталонные ОЭИП для воздушного и вакуумного УФ [59]