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  Müller, R.; Hoehl, A.; Klein, R.; Serdyukov, A.; Ulm,G.; Feikes, J.; von Hartrott, M.; Wüstefeld, G.: Die Metrology Light Source - eine Strahlungsquelle für die THz-Metrologie. PTB-Mitteilungen 120 (3) (2010), p. 229-235

Abstract:
Die Nutzung von Infrarotstrahlung an Elektronenspeicherringen gewinnt zunehmend an Bedeutung [1, 2]. Weltweit gibt es an ungefähr 25 Speicherringen dedizierte IR-Strahlrohre. Gründe dafür sind, dass Synchrotronstrahlung im IR-Bereich mehrere Vorteile gegenüber konventionellen thermischen IR-Quellen hat: (1) einen höheren Photonenfluss im fernen infraroten Spektralbereich (FIR), (2) eine höhere Brillanz über den gesamten IR-Bereich, (3) sie ist gepulst mit Pulslängen im ps-Bereich, (4) die Strahlung ist polarisiert, und an wenigen Speicherringen in der Welt besteht (5) die Möglichkeit der Erzeugung kohärenter Synchrotronstrahlung im langwelligen Bereich des FIR, d. h. im Sub-Terahertz-/Terahertzbereich (THz) mit einer um bis zu neun Größenordnungen höheren Intensität im Vergleich zur üblichen inkohärenten Synchrotronstrahlung [3 ‒ 5]. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) nutzt seit mehr als 25 Jahren Synchrotronstrahlung für Radiometrie und angewandte etrologie vorwiegend im UV-, VUV- und Röntgenbereich [6 ‒ 8]. Synchrotronstrahlung aus Ablenkmagneten ist berechenbar. Speicherringe sind also primäre Strahlernormale vom NIR bis zum Röntgenbereich. Die PTB betreibt ein eigenes Laboratorium am Elektronenspeicherring BESSY II des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie, welches vorwiegend im Röntgenbereich genutzt wird [7, 8]. Der neue Speicherring der PTB, die Metrology Light Source (MLS) [9], neben BESSY II, ist eine dedizierte Strahlungsquelle für die Radiometrie und Metrologie im UV/VUV- und IR-Bereich [10, 11]. Die MLS ist dabei auf eine sehr flexible Nutzung mit verschiedenen Elektronenenergien und Ringströmen ausgelegt, um die Strahleigenschaften den jeweiligen Messanforderungen anzupassen. Die MLS ist der erste Elektronenspeicherring weltweit, der bereits in der Planung für die Erzeugung kohärenter Synchrotronstrahlung (CSR) konzipiert und optimiert wurde. Die Erzeugung von CSR erfolgt hierbei mittels eines speziellen elektronenoptischen Betriebsmodus, dem so genannten Low-α-Modus. Die erzeugte THz-Strahlung liegt dabei in einem Spektralbereich, der mit anderen Quellen aus dem Mikrowellenbereich und mit thermischen Strahlern nur schwer erreicht werden kann, dem so genannten „THz-Gap“ [5]. In Kombination mit den genannten Eigenschaften der IR-Synchrotronstrahlung wird die CSR für FTIR-Spektroskopie, die Ellipsometrie oder z. B. für Pump-Probe-Experimente interessant. Zur Zeit charakterisiert die PTB die Eigenschaften der MLS im THz-Bereich und bereitet die Nutzung der Strahlung für die Metrologie vor.