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8.3. ANWENDUNG DER PROFILE: HARMONISCHE UND HETERODYNE DETEKTION223
Abbildung 8.10: Links: R(27) Linie des 01 1d 0 nach 02 2 0 Übergangs im N2O-
Molekül bei Raumtemperatur (gepunktete und gestrichelte Line) und bei sehr niedrigem
Druck in einer langen Absorptionszelle (200 m) (durchgezogene Kurven).
Rechts: Absorptionskoeffizienten von CO2 bei 10.6 µm als Funktion des Drucks. Beide
aus [Meas84]
wird dieser Zusammenhang genutzt, da aus dem relativen Gauss-Anteil einer Absorptionskurve
der Druck bestimmt werden kann der in dem absorbierenden System herrscht und aus
dem Druck wiederum eindeutig die Höhe der betreffenden Gasschicht hervorgeht. Anwendbar
ist dieses Verfahren bis zu Höhen von ca. 40 km.
8.3.2 Detektion harmonischer Vielfacher
In § 4.1.1 wurde bereits das Prinzip der direkten Absorptionsmessung behandelt. Mit abnehmender
Konzentration des Absorbers besteht das Problem, daß eine direkte Messung der
Lichtextinktion immer ungenauer wird. Ohne großen technischen Aufwand sind lediglich Absorptionen
> 0.1% messbar. Es gibt aber einen relativ einfachen Weg, die Empfindlichkeit
deutlich zu steigern die sogenannte ’ harmonic detection‘, also die Detektion der harmonischen
Vielfachen, ein Verfahren, das aus der elektronischen Meßtechnik entlehnt ist und dort
unter dem Namen ’ Lock-in Detektion‘ bekannt ist. Der Laser wird mit einer Frequenz f
von einigen kHz (Frequenz-)moduliert. Dies ist gleichbedeutend mit einer Veränderung von
Amplitude und Frequenz
ν → νM = νo + a cos(2πft) . (8.50)
Das Absorptionssignal wird nun gezielt nach den Frequenzen f, 2f, ... durchsucht. Technisch
geschieht dies mit einer ’ phase locked loop‘ , das ist im Prinzip ein Verstärker, der