Neuer „Präzisionsmaßstab“ für Lichtquellen

Metrology Light Source in Betrieb

Als riesiger Feuerball leuchtet die Sonne rund 150 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Ihre Strahlen entscheiden auch über unser Klima. Präzise Messdaten über kleinste Schwankungen der Sonnenaktivität sind daher wichtig. Auch dafür liefern Adlershofer Forscher das richtige Maß. Die Inbetriebnahme des Elektronenspeicherrings Metrology Light Source der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) eröffnet ihnen viele neue Messoptionen.

Nur fünf Minuten dauerte der Parabelflug von EUNIS, bis es mithilfe eines Fallschirms wieder weich auf dem Boden landete. EUNIS, ein Spektrometer für den Vakuumultraviolett-Bereich, wurde bisher an Bord von NASA-Forschungsraketen drei Mal ins All gestartet, um metrologische Messungen für die Sonnenforschung zu durchzuführen. Zuvor wurde es jedoch von Forschern der PTB in Kooperation mit dem englischen Rutherford Appleton Laboratory kalibriert. Im Fachterminus heißt das, „es wurde radiometrisch an das primäre Strahlernormal BESSY II angeschlossen“, erklärt Dr. Gerhard Ulm. Ulm ist Fachbereichsleiter für Synchrotronstrahlungsmetrologie bei der PTB in Adlershof. Er und seine Kollegen bestimmen – vereinfacht ausgedrückt – die Helligkeit von Lichtquellen. Und das „in einmaliger Breite und einmaliger Qualität“, betont Abteilungsleiter Dr. Wolfgang Buck. Dazu nutzen sie Synchrotronstrahlung. Denn diese hat viele schöne Eigenschaften, so auch „die sonst wenig genutzte Tatsache, berechenbar zu sein“, schwärmt Buck.

Niederenergie-Speicherring

Früher diente den PTB-Forschern der Elektronenspeicherring BESSY I und seit dessen Stilllegung 1999 BESSY II als präzise berechenbare Vergleichsquelle. Allerdings sind die metrologischen Messaufgaben durch die hohe Elektronenenergie bei BESSY II auf kürzere Wellenlängen fokussiert. Viele Kalibrieraufgaben erfordern die langwellige Strahlung eines Niederenergie-Speicherrings. Außerdem liefert BESSY II geringe Photonenflüsse nur im Spezialbetrieb und erlaubt dann keine Nutzung durch andere. Seit diesem Sommer hat die PTB nun eine eigene „helle Lampe“: die Metrology Light Source. Der gemeinsam mit der BESSY GmbH konzipierte Speicherring ist für den Spektralbereich zwischen dem Extremen Ultraviolett (EUV) bis zur Terahertzstrahlung (THz) optimiert. „So kann ich flexibel das Spektrum der Quelle für meine Anwendung maßschneidern“, freut sich Ulm. Damit lassen sich optische Komponenten bei Wellenlängen vom Submillimeterbereich bis zu wenigen Nanometern messtechnisch charakterisieren und Lampen und Detektoren absolut kalibrieren. Insbesondere auch die Industrie nutzt künftig die Metrology Light Source, so z. B. zur Entwicklung der EUV-Lithographie bei 13 Nanometern für die Herstellung von Computerchips der nächsten Generation. Daneben ist der Terahertz-Spektralbereich für die Zukunft in der Sicherheitstechnik und Materialforschung von Bedeutung, ergänzt Buck das breite Anwendungsspektrum.

Zum Start des Nutzerbetriebs sind drei Strahlrohre in Betrieb, sieben sind insgesamt geplant. Mitte nächsten Jahres wird das EUV-Strahlrohr messbereit sein. In der Zukunft könnten auch ganze Module von Weltraum-Observatorien direkt nach Adlershof geholt und kalibriert werden und müssten nicht wie bisher über ein sogenanntes Sekundärnormal verglichen werden, prognostiziert Ulm.