PDF-File - Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik an der Universität ...

Grundlagen 5
jeweils das rückgestreute Licht eines Hochleistungslasers in eine Glasfaser einkoppeln.
Hierbei sollten die Gesichtsfelder der Teleskope möglichst vollständig mit dem
Laserstrahl überlappen, um das Signal auf der Nachweisbank zu maximieren. Das
Messinstrument wertet das aus zwei Raumrichtungen rückgestreute Licht aus. Somit
kann der atmosphärische Wind, unter der Annahme kleiner Vertikalwinde, horizontal
zweidimensional bestimmt werden. Beide Signale der Teleskopspiegel werden auf
einer Nachweisbank analysiert. Der Wind, die Temperatur und auch die Aerosolverteilung
kann für Höhen zwischen 15 bis 90 km bestimmt werden.
Verwendete Methoden der Temperaturbestimmung sind die hydrostatische Integration
in den aerosolfreien Höhenbereichen sowie die Auswertung der Rotationsramanstreuung
in den aerosolbeladenen Höhenschichten (Baumgarten, 2010). Weiterhin wird
auch die Größe und Größenverteilung der streuenden Aerosole durch Auswertung
der Rückstreuintensitäten auf mehreren Wellenlängen untersucht (von Cossart et al.,
1999). Für diese Arbeit von besonderem Interesse ist die Methode zur Bestimmung
des Windes, welche in den Unterkapiteln 2.3 und 2.4 ausführlich beschrieben wird.
Die Detektion von Photonen erfolgt im RMR-Lidar mittels Avalanche-Photodioden
und Photomultipliern auf mehreren Wellenlängen. Das rückgestreute Rayleighsignal,
welches zur Windauswertung genutzt wird, ist für Höhenbereiche über 49 km so klein,
dass es die Messgenauigkeit begrenzt (Baumgarten, 2010). Für ein höheres Signal- zu
Hintergrund-Verhältnis wird für Tageslichtmessungen ein Doppel-Etalon zur Frequenzfilterung
des empfangenen Lichtes eingesetzt. Dieser, auch Fabry-Pérot-Interferometer
genannte, Aufbau reduziert durch Vielfachinterferenz den Spektralbereich des Lichtes
auf ein Intervall von 4,6 pm um die stabilisierte Wellenlänge.
2.2 Streumechanismen
In der Atmosphäre gibt es für Licht eine Vielzahl möglicher Streuer. Dies sind
beispielsweise Sauerstoff-, Stickstoffmoleküle oder Aerosole wie Vulkanasche oder
mineralische Partikel (Roedel, 2000). Diese Streuzentren haben gegenüber einer
festgelegten Frequenz, aufgrund unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften, eine
voneinander abweichende Wechselwirkung.
Aerosol- und Miestreuungen bezeichnen eine Approximation der Wechselwirkung
zwischen Licht und festen oder flüssigen Schwebteilchen mit einem Durchmesser von
1 nm bis 100 µm. Es handelt sich um elastische Prozesse, deren Wirkungsquerschnitte