Sie wollen auch ein ePaper? Erhöhen Sie die Reichweite Ihrer Titel.
YUMPU macht aus Druck-PDFs automatisch weboptimierte ePaper, die Google liebt.
232 KAPITEL 8. INFRAROT SPEKTROSKOPIE<br />
Die quantitative Beschreibung des Rückstreusignals als Funktion der Wellenlänge und der<br />
Entfernung R erfolgt mit der LIDAR-Gleichung<br />
P (λ, R) =<br />
Geom.<br />
����<br />
C ·<br />
⎡<br />
⎢<br />
× exp ⎣−2<br />
Akz.winkel<br />
����<br />
AR<br />
R2 Laserleistung Entfernungsaufl.<br />
� �� � ����<br />
· PL(λ) · ∆R · �<br />
�R<br />
0<br />
i<br />
Rück.querschn.<br />
� �� �<br />
σBi(λ)<br />
Dichte<br />
� �� �<br />
Ni(R)<br />
� �� �<br />
Rückstreukoeff.<br />
⎛<br />
⎞ ⎤<br />
Molekülabs. Partikelabs. Streuung<br />
� �� �<br />
⎜�<br />
�� �� � �� �� �<br />
⎟ ⎥<br />
⎝ σmNm + σApNp + σSiNi⎠<br />
dr⎦<br />
m<br />
� �� �<br />
Abschwächung des Lasers<br />
p<br />
i<br />
(8.55)<br />
Die Konstante C enthält neben der Geometrie auch die Detektoreffizienz. Der zweite Term beschreibt<br />
den Akzeptanzwinkel als Quotient aus beleuchteter Fläche und Entfernungsquadrat,<br />
der dritte Term beinhaltet die Laserleistung. ∆R ist ein Maß der Entfernungsauflösung. Die<br />
Summe im fünften Term setzt sich zusammen aus den Wirkungsquerschnitten aller in Frage<br />
kommenden Rückstreuprozesse multipliziert mit der Dichte der jeweiligen Rückstreuer. Im<br />
letzten Term, der Schwächung des Strahls durch Molekül-, Partikelabsorption und Streuung,<br />
finden die eigentlich interessierenden Messgrößen Eingang. Bei bekannten Absorptionsquerschnitten<br />
können die Anzahldichten der jeweiligen Absorber, also der Moleküle, Partikel oder<br />
sonstiger Streuer bestimmt werden. Berücksichtigt wird hier nur Einfachstreuung. In trüber<br />
Umgebung spielen auch Mehrfachstreuprozesse eine Rolle, die getrennt berücksichtigt werden<br />
müssen.<br />
Technisch unterscheidet man zwischen koaxialen (Laser und Detektor auf der selben Achse)<br />
und biaxialen Systemen. Anforderungen an das Lasersystem sind, hohe spektrale Auflösung,<br />
hohe Repetitionsrate, hohe Ausgangsleistung, kontinuierliche Durchstimmbarkeit, kleine Divergenz<br />
und möglichst geringe Puls zu Puls Schwankungen. Das nutzbare Wellenlängenfenster<br />
für LIDAR ist zum UV hin durch die Absorption des Sauerstoffs bei λ < 200 nm und zum<br />
langwelligen Bereich durch die Absorptionen von Wasser bei 5.3-7.8 µm und CO2 bei 10-13 µm<br />
limitiert. Dies ist durch einen Laser natürlich nicht abzudecken. Im sichtbaren Bereich verwendet<br />
man zum Beispiel Ti:Sa Laser mit Option der Frequenzverdopplung und Verdreifachung,<br />
die dann einen Wellenlängenbereich von ca. 1000-220 nm abdecken. Für differentielle Messungen<br />
kommen zwei Systeme zum Einsatz. Eine Alternative stellt die gleichzeitige Erzeugung<br />
zweier Farben in einem Laserresonator dar, wie dies am Beispiel eines Farbstofflasers demonstriert<br />
wurde. Dispersives Element ist hier ein Gitter und die zweite Wellenlänge wird durch<br />
einen optischen Keil, der den effektiven Reflektionswinkel des Lichts ändert, eingestellt. Frequenzmischungen<br />
eröffnen einen nutzbaren Wellenlängenbereich von ca. 4 µm - 220 nm. Ähnlich<br />
universell aber deutlich einfacher in der Handhabung ist der OPO. Halbleiterlaser sind<br />
von ca. 34 µm - 600 nm nutzbar. Probleme bereitet hier allerdings die große Divergenz. CO
Change language