Institutsbericht 2010/2011 - Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik ...

Weiterentwicklung des ALOMAR RMR-Lidars
Im Fokus der Weiterentwicklungen des ALOMAR RMR-Lidars stand in den Jahren 2010/2011 die
Verbesserung der spektralen Stabilität und der Kalibrierungsmöglichkeiten für die Windmessungen
des DoRIS-Projekts (Detektorgruppen “532/I2” und “532/Cab.” in Abb. 5.5). Für diese Messungen
wird nach jeder Messung aus der Atmosphäre spektral hoch stabilisiertes Licht vom Seedlaser in
die optische Bank eingekoppelt. Hierdurch wird die Nachweiseffizienz der Detektorgruppen vor und
hinter der Iodzelle vermessen. Bei dieser alternierenden Atmosphären- und Kalibrationsmessung
ist eine genaue Zeiteinteilung der Komponenten wichtig. So dauert die Messung in der Atmosphäre
weniger als eine tausendstel Sekunde. Nach einer weiteren tausendstel Sekunde muss die Kalibrationsmessung
beendet sein. Durch diese Kalibrationsmessungen wird aber nicht nur die Qualität
der Filter, sondern auch die Wirkung der schmalbandigen Etalons überprüft. So wurde erkannt,
dass das Etalon für die Windmessungen nicht ausreichend stabil war. Das veraltete Doppel-Etalon
wurde daraufhin durch ein einzelnes hoch stabiles Etalon ausgetauscht. Durch dieses neue Etalon
hat sich das Signal bei Tag verdoppelt. Gleichzeitig sind die Fluktuationen des Störsignals nur
um 40% gestiegen. Damit das gestiegene Signal auch zuverlässig vermessen werden kann, musste
gleichzeitig die Detektortechnik erneuert werden. Mit den neuen Detektoren ist es möglich, die
einzelnen Photonen aus der Atmosphäre schneller und genauer zu zählen. Hiervon profitiert sowohl
die Windmessung (siehe Kap. 15) als auch die Untersuchung von Wellenstrukturen in NLC
(siehe Kap. 14). Außerdem wurden die Detektoren im UV-Zweig teilweise erneuert, um die Bestimmung
der Eigenschaften von NLC-Partikeln zu verbessern (siehe Kap. 12). Die Erneuerung
der Detektortechnik brachte hier einen Signalgewinn von ca. 30%. In der optischen Bank wurden
zwei weitere Detektoren aufgebaut, die ständig die Qualität der Etalonjustage im 532-nm-Zweig
(“VETN”) bzw. das elektronische Störniveau (“UBCK”) überwachen.
Abb. 5.5: Nachweisbank des ALOMAR RMR-Lidars. Das Licht von den zwei Teleskopen (NWT bzw.
SET) wird durch Glasfasern geleitet und tritt links in die Bank ein. Durch verschiedene Linsen wird das
Licht parallelisiert und mit Spiegeln und Strahlteilern zu den Detektoren geleitet. Anhand von farbabhängigen
Strahlteilern (Dichroiten) werden die Farben von 355 nm (ultraviolett) bis 1064 nm (nahes Infrarot)
getrennt. Störsignale von Mond / Sternen / Aurora bzw. anthropogener Herkunft werden durch Farbfilter
(Interferenzfilter) unterdrückt. Zur Trennung des störenden Sonnenlichts werden sehr schmalbandige Filter
(Etalons) eingesetzt. Kalibrationslicht vom Seedlaser wird synchronisiert zur Messung kurz nach der
eigentlichen Atmosphären-Messung durch BS1 in die Nachweisbank eingekoppelt.
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