ISFH CalTeC: Spektralradiometer

Die Prüfung erfolgt mit Hilfe einer Quecksilberdampflampe und einer 250 oder 1000 W Wolfram-Halogenlampe als Strahlernormal. Das Verfahren besteht aus vier Schritten:

1. Überprüfung der Wellenlängenkalibrierung

• In der Regel werden Spektrometer mit einer Wellenlängenkalibrierung ausgeliefert. Bei den am weitesten verbreiteten Arrayspektrometern wird dabei jedem Sensorpixel eine Wellenlänge zugeordnet
• Diese Zuordnung kann sich im Laufe der Zeit und insbesondere durch Erschütterungen verändern
• Deshalb überprüfen wir bei jeder Kalibrierung als erstes die Wellenlängenkalibrierung mit einer Quecksilberdampflampe, die sehr schmalbandige Emissionslinien hat deren Wellenlängen exakt bekannt sind
• Sollte die Wellenlängenkalibrierung nicht korrekt sein, versuchen wir diese zu justieren

2. Messung des Rohsignals

• Mit dem Spektrometer des Kunden wird die spektrale Bestrahlungsstärke des Strahlernormals in digitalen Einheiten („counts“) gemessen
• Die spektrale Bestrahlungsstärke des Strahlernormals ist im Bereich 300 nm bis 2500 nm bekannt

3. Berechnung der Übertragungsfunktion

• Die gemessene spektrale Bestrahlungsstärke in counts wird mit der bekannten spektrale Bestrahlungsstärke in W/(m²·nm) des Strahlernormals  ins Verhältnis gesetzt
• Daraus ergibt sich die Übertragungsfunktion die das Detektorsignal in physikalische Einheiten umrechnet
  → von „counts“ zu W/(m²·nm)

 4. Validierung der Kalibrierung

• Die Messung des Strahlernormals wird wiederholt, um die Korrektheit der spektralen Bestrahlungsstärke zu prüfen
• Das Ergebnis wird in einem DAkkS-Prüfzertifikat dokumentiert

Die Messung der spektralen Bestrahlungsstärke erfordert ein Spektralradiometer. Dies ist ein Spektrometer, das sowohl in Bezug auf die Wellenlänge als auch auf die absolute spektrale Bestrahlungsstärke kalibriert ist.

In der Regel werden Spektrometer ab Werk nur mit einer Wellenlängenkalibrierung ausgeliefert. Für diese Kalibrierung werden schmalbandige Emissionslinien bekannter Wellenlängen gemessen und die Werte dazwischen interpoliert. Das mit einem so kalibrierten Spektrometer gemessene Spektrum eines Strahlers bildet nicht die spektrale Bestrahlungsstärke des Strahlers ab, da alle optischen Komponenten entlang des Strahlengangs (wie z.B. Spiegel, Filter und Beugungsgitter) sowie der Detektor unterschiedlich auf verschiedene Teile des Spektrums reagieren und dadurch das Messergebnis beeinflussen. Um diesem Problem zu begegnen, benötigt man eine Übertragungsfunktion, welche die beliebige Intensitäts-Skala des Detektors in eine spektrale Bestrahlungsstärke-Skala überführt.

Das ISFH CalTeC ist von der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) unter der Registriernummer D-PL-18657-01-00 für die Prüfung von Spektralradiometern akkreditiert.
Unsere Prüfungen konzentrieren sich auf die:

• korrekte Bestimmung der spektralen Bestrahlungsstärke
• Wellenlängengenauigkeit im Bereich von 250 nm bis 1700 nm

Diese Prüfungen basieren auf den internationalen Empfehlungen der CIE (Commission Internationale de l’Éclairage) – speziell der CIE250:2022 „Spectroradiometric Measurement of Optical Radiation Sources“.

Calibrating spectrometers for measurements of the spectral irradiance caused by solar radiation
Paper: Metrologia 57 (6), 065027, (2020) – open access

Implementation and uncertainty evaluation of spectral stray light correction by Zong’s method
Applied Optics 58 (36), 9998, (2019) – open access