Název etalonu: Státní etalon celkového zářivého toku infračerveného záření
Kódové označení: ECM 410-3/09-047
Rok vyhlášení: 2009
Pracoviště: odd. 8018, ČMI LPM Praha
Garant: Dr. Ing. M. Šmíd
Počet zajišťovaných CMC řádků: 8
Základní metrologické parametry:
spektrální rozsah | 900 nm – 1650 nm |
spektrální pološířka měřicího svazku | 6 nm nominální |
nejistota stupnice vlnové délky | 0,1 nm - 0,3 nm dle nastavené l |
Celková kombinovaná rozšířená nejistota pro uvedený spektrální rozsah: |
|
900 nm < l < 960 nm | 0,76 % |
960 nm < l < 1000 nm | 0,41 % |
1000 nm < l < 1650 nm | 0,42 % |
*Udaná nejistota je rozšířená nejistota stanovená při úrovni pravděpodobnosti 95%
Primární etalon celkového zářivého toku infračerveného záření (IR) představuje v současnosti v České republice vrchol metrologické návaznosti veličin optické radiometrie širokém spektrálním oboru infračerveného záření. Tento etalon vznikl na pracovišti oddělení Optické radiometrie a fotometrie ČMI pod vedením Dr. Ing. Marka Šmída v letech 2005 – 2009. Měřicí systém, díky aplikaci vyvinutých sofistikovaných metod měření, využití špičkové optické technologie a dosažení vysokého stupně automatizace měření, dosahuje špičkově rozšířené (k=2) nejistoty měření na úrovni 0,4% ve spektrální oblasti 960 nm – 1650 nm.
Sestava je tvořena z monochromátorové aparatury, pyroelektrického detektoru a sady tří velkoplošných detektorů na bázi InGaAs. Dále se aparatura skládá ze zdroje IR záření, spektrální výbojky Ne (etalon vlnových délek), optických a mechanických prvků, světlotěsných krytí, voštinového optického stolu, řídicího a měřicího zařízení a počítače s programovým vybavením.
Jako zdroj optického záření pro infračervenou spektrální oblast bylo použito QTH halogenové žárovky (QTH) 400 W, 36 V. Základem monochromátorové aparatury je dvojitý mřížkový monochromátor McPherson 2035D v subtraktivním uspořádání. Pro pokrytí infračervené spektrální oblasti je monochromátor vybaven sadou difrakčních mřížek. Vzhledem k uvažovanému spektrálnímu rozsahu 900 nm – 1650 nm, byly zvoleny mřížky s maximální účinností ve střední části tohoto pásma - konkrétně na vlnové délce 1280 nm. Mřížky mají 600 vrypů/mm, tak je v kombinaci s optickým systémem monochromátoru dosažena disperze 4 nm/mm.
Základem pyroelektrického detektoru je 50 mm silný pyroelektrický LiTO3 krystal o průměru 10 mm. Po obou stranách jsou naneseny kovové elektrody. Jedna strana je pokryta zlatou černí a tvoří tak aktivní plochu detektoru o průměru 8 mm. Optické záření dopadající na pyroelektrický detektor je absorbováno vrstvou zlaté černě. Tím dojde ke změně teploty krystalu. Pyroelektrický krystal má vlastní elektrickou polarizaci, která se mění s dynamickou změnou jeho teploty. Buzením přerušovaným optickým svazkem vzniká na výstupu detektoru velmi slabý střídavý elektrický signál s periodou shodnou s periodou budicího optického signálu.
Pro realizaci prvků zajišťujících přenos nízké nejistoty měření z aparatury kryogenního radiometru do průmyslových a vědeckých aplikací ve spektrální oblasti IR nejlépe vyhovují detektory založené na polovodičových substrátech Ge a InGaAs. Přenosový etalon celkového zářivého toku infračerveného záření (900 nm - 1650 nm) je tvořen sadou tří polovodičových detektorů na bázi InGaAs značených CMI-SRNIR-01, CMI-SRNIR-02, CMI-SRNIR-03. Velkoplošná polovodičová fotodioda firmy GPD Optoelectronics typ GAP 5000 je umístěna v kovovém pouzdře, které zajišťuje dobré elektromagnetické stínění. Aktivní plocha tohoto detektoru je kruhového tvaru o průměru 5 mm.
Mezinárodní porovnání usnadňují výměnu informací, které umožní uznání nových hodnot CMC pro spektrální oblast 1000 nm – 1650 nm využívanou především v telekomunikacích.
Již v roce 2004 se ČMI zúčastnil klíčového porovnání EUROMET PR Key Comparison K-2.b „Spectral Responsivity 300 nm to 1000 nm“, které také částečně pokrývá infračervenou spektrální oblast v pásmu vlnových délek 900 nm až 1000 nm. Jako přenosový etalon pro účely porovnání byla použita sada přenosových etalonů celkového zářivého toku (dva velkoplošné křemíkové detektory a dva tříprvkové pasťové detektory). Porovnání spočívalo v měření absolutní spektrální responsivity přenosových etalonů.
V roce 2010 se naše laboratoř zúčastnila klíčového porovnání EURAMET.PR-K2.a „Spectral responsivity 900 nm to 1600 nm“. Jako přenosový etalon pro účely porovnání byl použit polovodičový detektor na bázi Ge a InGaAs.
V roce 2007 se naše laboratoř účastnila mezinárodního bilaterálního porovnání spektrální responsivity detektorů v infračervené spektrální oblasti s laboratoří SMU - Slovensko. Porovnání prokázalo shodu výsledků v rámci nejistoty měření v celém spektrálním pásmu 900 nm – 1650 nm.
Etalon je umístěn v bezprašné klimatizované laboratoři č. 102 v 1. suterénu budovy ČMI LPM Praha, kde jsou dodržovány referenční podmínky: teplota (20 ± 1) °C, vlhkost vzduchu (50 ± 20) %.
