Optilisi suuruseid kasutatakse paljudes eluvaldkondades alates sidepidamisest ja logistikast kuni täppismeditsiini ja materjalide tootmiseni. Optiliste suuruste mõõtmisvõime jätkuv arendamine on tarvilik eeldus kõrgel tasemel rakendusuuringute läbiviimiseks ja metroloogiliste teenuste arendamiseks valdkondades nagu kvantside, säästvate LED-valgusallikate kasutamine või sensor- ja materjalitehnoloogiad. Optiliste suuruste riigietaloni arendamine on aluseks uute tehnoloogiate testimisele näiteks kaitsetööstuses või turvaliste sidelahenduste juurutamisel.

Rahvusvahelise mõõtühikute süsteemi SI põhiühikuks optilistel suurustel on kandela cd. Kandela on antud suunalise valgustugevuse ühik, mille määratlemisel on aluseks võetud 540×10¹² hertsise sagedusega monokromaatilise kiirguse valgusviljakuse fikseeritud arvväärtus K_cd, milleks on 683 väljendatuna ühikus lm·W^-1, mis on cd·sr·W^-1 või cd·sr·kg^-1·m^-2·s³, kus kilogramm, meeter ja sekund on määratletud vastavalt h, c ja Δv_Cs alusel.

Üks võimalus kandela realiseerimiseks on optilise võimsuse kaudu (ühik W), mida esitab absoluutse tundlikkusega fotodetektor väikese mõõtemääramatusega. Praktilistel kaalutlustel on optiliste suuruste mõõtevõimekus Metroserdis arendamisel pooljuhtdetektorite abil (räni- ja  InGaAs-põhistel fotodioodidel). Erilise konstruktsiooniga pooljuhtdetektorid võimaldavad koos kõrgtehnoloogiliste registreerimisseadmetega esitada optilise võimsuse skaalat suhtelise määramatusega 0,1% toatemperatuuril ja jahutatuna vähemalt ühe suurusjärgu paremal tasemel lainepikkuste vahemikus 380 nm kuni 1650 nm. Iseseisva optilise võimsuse skaala põhjal saame osutada mõõteteenuseid tuletatud optilistele suurustele

• spektraalne läbitavus/neeldumine filtritel/materjalidel
• spektraalne tundlikkus (ka kiudoptiliste) fotodetektorite jaoks
• valgustustihedus pinnal
• spektraalne optiline võimsus (ka kiudoptiliste) valgusallikate jaoks

nii tavatasemel (üle mikrovati) kui ka madalatel valgusvoogudel (alla mikrovati).

2022. aastal soetas Metrosert ülimadalate valgusvoogude mõõteseadme ning ehitab järgnevate aastate jooksul üles kvant-etalonallikate ja etalondetektorite kalibreerimiseks vajaliku mõõtesüsteemi, mida saab rakendada edasises uurimistöös kvantmetroloogias nii telekommunikatsiooni, meditsiini kui ka materjaliteaduse valdkondades. Süsteemi ülesehitamine tugineb senistele rahvusvahelistele optika valdkonna teadusprojektidele. 2023. aasta alguse seisuga on koostatud kava optiliste suuruste riigietaloni tasemeni viimiseks esialgu valguse nähtavas piirkonnas (380-780) nm.

Metroserdi 2022. aastal soetatud madalate valgusvoogude mõõtesüsteem võimaldab komponente iseloomustada piiratud lainepikkuste vahemikus.
Selleks, et telekommunikatsiooni komponente laiemas valikus metroloogiliselt kontrollida, tuleb süsteemi võimekust arendada telekommunikatsioonis kasutatavatele lainepikkustele 1310 nm kuni 1625 nm (silmale nähtamatu infrapuna piirkond). Meditsiiniliste rakenduste jaoks on oluline mõõtevõimekuse laiendamine ka valguse ultravioletse spektri poole (< 380 nm). Arendustöö tulemusena laiendatakse projekti lõpuks optiliste suuruste riigietaloni võimekust, et tagada madalate valgusvoogude mõõtmiste metroloogiline jälgitavus nii ultravioletses kui ka infrapunases spektri osas.

Toomas Kübarsepp
Toomas.kübarsepp@metrosert.ee