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230 KAPITEL 8. INFRAROT SPEKTROSKOPIE Abbildung 8.17: Prinzip des LIDAR: Ein gepulster Laser wird über eine Molekülbande gescannt und das rückgestreute Licht detektiert. Bei Absorption verringert sich die Intensität des rückgestreuten Lichts. Aus dieser Information kann zusammen mit der Laufzeitdifferenz Konzentration und Entfernung der zu untersuchenden Substanz gewonnen werden. Hierbei wird nicht ein Laser über den Resonanzbereich des Moleküls gescannt sondern es werden gleichzeitig zwei Laser benutzt. Einer arbeitet im Zentrum der Absorption (Absorptionslaser), der andere ausserhalb (Referenzlaser). Die rückgestreuten Laserstrahlen erfahren die gleichen Störungen und Abschwächungen, so dass ihr Differenzsignal ausschließlich auf Absorption der zu untersuchenden Substanz zurückzuführen ist. Im Prinzip ist hierfür auch ein Dauerstrichlaser geeignet. Eine Ortsauflösung ergibt sich allerdings nur bei gepulsten Systemen, unter Auswertung der Laufzeit der Signale. Man nennt dies dann DIAL (Differential Absorption LIDAR). Abbildung 8.18 illustriert das Vorgehen am Beispiel des Schwefeldioxids: Das rückgestreute Licht wird wellenlängen- und zeitaufgelöst detektiert. Hierzu werden Spektralanalysatoren und gatebare Photomultiplier oder auch Spektrometer mit intensivierten CCD Kameras benutzt. Die Zeitdifferenz zwischen Laserpuls und Detektion des Lichts wird schrittweise erhöht und man erhält so das Spektrum immer weiter entfernter Regionen (längere Laufzeit des rückgestreuten Lichts). Bei geringen Laufzeiten unterscheiden sich die Signale von Absorptions- und Referenzlaser noch nicht. Entsprechen die Laufzeiten der Entfernung zur Abgasfahne, wird der Absorptionslaser deutlich mehr geschwächt als der Referenzlaser und es entsteht ein Differenzsignal. Im Inlay der Abbildung 8.18 ist das rückgestreute Signal für 300.03 nm (Asorption) und 299.3 nm (Referenz) gezeigt. Bei ca. 600 m Entfernung treffen die Laser auf die SO2 Wolke. Während die reinen Spektren noch sehr ähnlich aussehen, zeigt das Verhältnis beider Absorptionen eine deutliche Flanke (rechts oben). Die Konzentration des Schwefeldioxid erhält man aus der Ableitung des Verhältnisspektrums (rechts unten).
8.5. LIDAR 231 Abbildung 8.18: Oben: DIAL: Ein Absorptionslaser im Zentrum der Molekülabsorption und ein Referenzlaser werden in eine Schadstoffwolke gerichtet und das rückgestreute Licht wird zeitaufgelöst detektiert, hier am Beispiel des SO2. Aus der Laufzeitinformation wird die Entfernung gewonnen. Während die direkten Laufzeitsignale in Resonanz (Inlay: oben links) und abseits davon (unten links) noch recht ähnlich aussehen, ist die Absorption im Verhältnisplot (oben rechts) deutlich zu erkennen. Die Schadstoffkonzentration ergibt sich aus der Ableitung des Verhältnisplots (unten rechts). Konzentrationen in ppb.
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ii INHALT Inhalt 0 Vorwort 1 1 Einl
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iv INHALT 7.3 Analytik im Laserplas
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halten. Herrn Prof. Horst Geckeis g
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4 KAPITEL 0. VORWORT die in der Act
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6 KAPITEL 1. EINLEITUNG 1954 Basov
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8 KAPITEL 1. EINLEITUNG Halbleiter
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10 KAPITEL 1. EINLEITUNG Tabelle 1.
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12 KAPITEL 1. EINLEITUNG • Kommun
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14 KAPITEL 2. PRINZIP DES LASERS 2
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