Jan Froh (2021) Entwicklung spektraler Messmethoden für Doppler-Lidar (Doktorarbeit)

Zur Untersuchung der mittleren Atmosphäre (10-100 km) wurde in dieser Arbeit ein kompaktes transportables Doppler-Lidar (≈ 1 m³) mit Tageslichtfähigkeit entwickelt und anhand erster Atmosphärenmessungen bestätigt. Mit diesem neuartigen System werden mit hoher zeitlicher, räumlicher sowie spektraler Auflösung die Mie-Streuung (Aerosole), Rayleigh-Streuung (Luftmoleküle) und die Resonanzfluoreszenz an freien Kalium-Atomen durchgängig über den gesamten Höhenbereich der mittleren Atmosphäre untersucht. Anhand der Doppler-Verschiebung und -Verbreiterung sowie der Signalstärke sind genaue Wind-, Temperatur- sowie Aerosolmessungen möglich. Hierzu wurden in dieser Arbeit neue spektrale Methoden entwickelt, bei denen ganze Doppler-Spektren untersucht werden. Ein neuartiger durchstimmbarer Alexandrit-Laser und verschiedene optische Filter wurden hierzu verwendet. Im Vergleich zu herkömmlichen Doppler-Lidars sind die spektralen Breiten um mehrere Größenordnungen reduziert, wodurch eine hohe Sensitivität für Wind, eine hohe Sichtbarkeit von Aerosolen sowie die Tageslichtfähigkeit erreicht wird. Das System wurde als Netzwerklidar entwickelt und wird zukünftig im Rahmen von VAHCOLI (Vertical And Horizotal Coverage by Lidar) als Verbund mehrerer solcher Geräte die Atmosphäre mehrdimensional untersuchen.