Das IAP Metall-Lidar

Das IAP Metall-Lidar-System dient der Untersuchung von Schichten freier Metallatome im Bereich der oberen Mesosphäre und unteren Thermosphäre (Höhenbereich 75-140 km) mittels Resonanzrückstreuung. Die Sendeeinheit des Metall-Lidar-Systems besteht aus zwei Farbstofflasern mit je einer Oszillator- und zwei Verstärkerstufen. Aufgrund der Nutzung von Farbstofflasern können mit geringem Umbauaufwand verschiedene Metalle untersucht und ihre Dichten bestimmt werden. Darüber hinaus liefern die Farbstofflaser zusätzliche Wellenlängen für die Untersuchung leuchtender Nachwolken (NLC).

Die aktuellen Möglichkeiten des Metall-Lidars umfassen die Untersuchungen von Calcium, Calcium-Ionen, Eisen und Natrium. Die Farbstofflaser werden simultan mit je 50% der Energie eines geteilten Excimer-Laserstrahls gepumpt. Es können entweder zwei verschiedene Metalle simultan und in einem identischen Luftvolumen untersucht werden oder beide Laser zur Erhöhung des Rückstreusignals auf die gleiche Wellenlänge eingestellt werden. Die verwendeten Resonanzwellenlängen von Ca+ und Fe liegen nur 21 nm auseinander, so dass hier die Beobachtungswellenlänge ohne Austausch optischer Komponenten geändert werden kann. Die Laserwellenlängen werden entweder über eine Resonanzzelle im Labor oder anhand des Rückstreusignals aus der Atmosphäre mit einer Genauigkeit von rund 0,1 pm eingestellt.

Die Farbstofflaser wurden in den 80er Jahren herstellt, der Excimer-Laser 1999. Alle Systeme haben sich als sehr robust herausgestellt und haben schon verschiedene Feldmesskampagnen auch außerhalb eines Laserlabors erfolgreich überstanden.

Das Empfangssystem des Metall-Lidars besteht aus einem 80-cm-Spiegel mit ca. 3,2 m Brennweite. Die zurückgestreuten Photonen werden in einer Glasfaser gesammelt. Hinter der Glasfaser wird das Licht nach Wellenlängen separiert und durch verschiedene Interferenzfilter auf Photomultiplier geleitet. Die Detektoren arbeiten als Photonenzähler, die einzelnen Zählereignisse werden mit einer Höhenauflösung von 200 m im PC integriert.

Das Metalllidar wird zurzeit nicht routinemäßig für Messungen eingesetzt, kann jedoch bei aktuellen Fragestellungen jederzeit aktiviert werden.

Ansprechpartner

Dr. Michael Gerding

Farbstofflaser

Laserraum mit beiden Farbstofflasern, abgestimmt auf die Wellenlängen von Ca (links) und Na (rechts)