Anhang A - Fakultät 06 - Hochschule München

2. Grundlagen Seite 9
2.2 Absorptionsverhalten von Kohlenstoffdioxid
Bei der Lidarmessung und der Frequenzstabilisierung der Seedlaser wird die Eigenschaft
der Absorption von elektromagnetischer Strahlung von CO2 ausgenutzt.
Im nahen infraroten Spektralbereich wird die Energie der elektromagnetischen
Strahlung in Vibrations- und Rotationsschwingungen des Gasmoleküles umgewandelt.
Da die derzeitig kommerziell erhältlichen Photodetektoren bei CO2-
Absorptionspektren mit einer Wellenlänge von > 2µm nicht das erforderliche Signal-Rausch-Verhältnis
(SNR) aufweisen, wurde zur Lidarmessung das CO2-
Absorptionspektrum bei einer Wellenlänge von 1575 nm gewählt (siehe Abb.
2.4).
Abb. 2.4: Absorptionsspektrum von CO2 bei 1575 nm bei atmosphärischen
Druck (1013 hPa).
In diesem Absorptionsspektrum treten mehrere Übergänge von CO2 auf, welche
aus einer Kombination aus drei Fundamentalschwingungen des Moleküls entstehen.
Dabei wird das Spektrum in einen R- und P-Zweig unterteilt. Die Zweige
stellen zwei grundlegende Schwingungsformen der Moleküle da. Die einzelnen
Absorptionslinien entstehen aus jeweils einer Schwingungsform verbunden mit
verschiedenen Rotationsanregungen der Moleküle [45]. Die absorbierte bzw.
emittierte Wellenlänge des Moleküls ergibt sich dabei aus der Energiedifferenz
zwischen dem oberen und dem unteren Schwingungszustand,
h up down up down
λ ( Evib Evib Erot Erot
)
c
(2.1)
wobei h das Plancksche Wirkungsquantum, c die Lichtgeschwindigkeit und E die
jeweilige Energie eines bestimmen Schwingungszustandes ist.