Das Kalium-Resonanzlidar
Mit dem Kalium-Resonanzlidar wird spektroskopisch die Dopplerbreite der Kalium-Resonanzlinie bei 770 nm ermittelt. Dazu wird der Sendelaser periodisch über den größten Teil der Linie (3,2 pm) durchgestimmt und die Rückstreuung aus der Mesopausenregion höhen- und wellenlängenabhängig registriert. Die effektive Kurvenform setzt sich als Überlagerung der einzelnen Doppler-verbreiterten Hyperfeinstrukturkomponenten zusammen. Aus der gemessenen Spektralform wird mit einem numerischen Verfahren die entsprechende Temperatur der Atmosphäre bestimmt.
Bei Lidarmessungen an den mesosphärischen Metallschichten werden nur sehr geringe Signalstärken erreicht, so dass empfindliche Detektoren zur Erfassung einzelner Photonen verwendet werden müssen. Der Untergrund der Messung wird im Wesentlichen durch in der Atmosphäre gestreutes Sonnenlicht verursacht. Während bei nächtlicher Dunkelheit die Verwendung von Interferenzfiltern ausreicht um ein gutes Signal/Untergrund-Verhältnis zu erzielen, sind am Tage schmalbandigere Filter aufgrund der mehrere millionenfach höheren Himmelshelligkeit notwendig. Seit 2000 können auch Messungen am Tag durchgeführt werden.
Sendeeinheit
| Lasermedium | 2 Alexandritkristalle, Cr3+ :BeAl2O4 |
| Geometrie | Ringresonator, unidirektional |
| Wellenlänge | 770 nm, durchstimmbar |
| Modenstruktur | TEM00 |
| Bandbreite | <<20 MHZ (FWHM) |
| Polarisation | linear |
| Repetitionsrate | 35 Hz |
| Pulsenergie | 150 mJ |
| Energieschwankungen | 5% (1σ) |
| Pulslänge | 250 ns (FWHM) |
| Strahldurchmesser | 2,5 mm, nach AWT 6,7 mm |
| Strahldivergenz (voller Winkel) | 0,45 mrad, nach AWT 0,3 mrad |
Empfangseinheit
| Teleskope | d = 80 cm, f = 199,5 cm |
| Gesichtsfeld | 192 µrad |
| breitbandige Filterung | IF-Filter (1nm, Τ=70%) |
| schmalbandige Filterung | 2 Kalium-FADOF (1800 G), 124° C, T = 75% |
| gesamte Transmission | 50 % |
| Kontrast (FADOF) | 1:10.000 |
| Bandbreite (FWHM) | 6,7 pm |
| Einfluss auf die Temperatur | ±0,5 K |
| Detektor | APD |
| Photoneneffizienz | 68% @ 770 nm |
Veröffentlichungen
- J. Lautenbach, J. Höffner, F.-J. Lübken, M. Kopp und M. Gerding, Ten-year climatology of potassium number density at 54°N, 12°E, J. Atmos. Solar-Terr. Phys., 162, 172-177, doi:10.1016/j.jastp.2017.06.010, 2017.
- C. Fricke-Begemann, M. Alpers und J. Höffner, Daylight rejection with a new receiver for potassium resonance temperature lidars, Opt. Lett., 27(21), 1932-1934, 2002.
- J. Höffner und C. Fricke-Begemann, Accurate lidar temperatures with narrowband filters, Opt. Lett., 30(8), 890-892, 2005.
Kalium-Resonanzlinie
Doppler-verbreiterte Kurvenform der Kalium-Resonanzlinie bei verschiedenen atmosphärischen Temperaturen.
Aufbau
