Aufbau eines tageslichtfähigen Nachweiszweiges für ein Rayleigh-Mie-Raman-Lidar zur Untersuchung der Dynamik der mittleren Atmosphäre
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des geförderten Projektes haben wir eine Strahlstabilisierung für das Kühlungsborner RMR-Lidar und damit ein Teleskopsichtfeld von 60 µrad sowie einen vollständig neuen Nachweiszweig realisiert. Damit waren die ersten Messungen von NLC bei Tagesu licht in Kühlungsborn und die ersten Tageslichtmessungen von "Leuchtenden Nachtwolken“ (NLC) in mittleren Breiten überhaupt möglich. Die Hardware und Software für die Strahlstabilisierung wurden wie beantragt umgesetzt. Mittels eines Videobildes des Laserstrahls in ca. 10 km Höhe wird die Ablage des Strahls von einer Sollposition für jeden einzelnen Laserpuls bestimmt. Die Software errechnet dann die notwendige Verkippung eines Umlenkspiegels zur Kompensation der Ablage und stellt diese über Piezo-Versteller noch vor der Emission des nächsten Pulses ein. Die Strahlstabilisierung ist routinemäßig im Einsatz und kompensiert die Strahlablage typischerweise auf ca. 5 µrad. In der Folge wurde es möglich, den Sichtfelddurchmesser auf ca. 60 µrad zu verringern, ohne den Strahl nach wenigen Sekunden aus dem Sichtfeld zu verlieren. Diese Sichtfeldverkleinerung bedeutet einerseits eine direkte Reduktion des Untergrundes und bildet andererseits die Voraussetzung für eine hohe Effizienz (hohe Transmission und Blockung) der Fabry-Perot-Etalons im Nachweiszweig. Für den Nachweiszweig konnte aus Projektmitteln nur ein Etalon angeschafft werden. Um eine bessere Untergrundunterdrückung zu erreichen, haben wir dieses durch ein vorhandenes, kleineres Etalon ergänzt. Damit konnte der vorhandene Nachweiszweiges nicht für die Tag-Messungen genutzt werden, sondern es wurde ein vollständiger neuer Nachweiszweig aufgebaut. Ein Vorteil dieser Lösung ist der mögliche Vergleich der neuen Messungen mit dem alten, bewährten Nachweiszweig. Beide Etalons weisen im Messbetrieb eine Transmission von mehr als 90% auf und haben eine Finesse von mehr als 30. Sie erreichen damit die geforderten Werte und sind hervorragend für die Lidar-Anwendung geeignet. Wir haben die Möglichkeiten des neuen Systems in verschiedenen Messungen dokumentiert. Der Untergrund wurde drastisch gesenkt und ist jetzt geringer als z.B. beim ebenfalls tageslichtfähigen IAP K-Lidar. Die Tageslichtfähigkeit ermöglichte erste Messungen von NLC bei Tag uber Kühlungsborn. Darüber hinaus haben wir erste gleichzeitige Messungen von NLC und MSE (Mesosphärische Sommer-Echos in Radar-Signalen) vorgenommen. Damit gehört das Kühlungsborner RMR-Lidar als einziges Lidar in mittleren Breite zu den etwa vier Lidars weltweit, die NLC unabhängig vom Sonnenstand messen können. Die Verkleinerung des Sichtfeldes führte zusammen mit der Nutzung eines einzelnen Teleskops für den neuen Nachweiszweig zu Schwierigkeiten mit dem geometrischen Überlapp zwischen Laserstrahl und Teleskopsichtfeld. Für Temperaturmessungen müsste das Signal entsprechend korrigiert werden. Um diese fehleranfällige Prozedur zu vermeiden, wurde aus Institutsmitteln ein neuer Sendezweig inkl. eines neuen Lasersystems für das RMR-Lidar angeschafft. Damit steht für die Tag-Messungen zukünftig ein vollständig separates Lidar zur Verfügung.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2009), Temperature and aerosol soundings in the middle atmosphere at different mid and highlatitude lidar stations during day and night, in Proceedings of the SPIE symposium ”Remote Sensing of Clouds and the Atmosphere XIV”, Bd. 7475, herausgegeben von R. H. Picard, SPIE, Bellingham, WA
Gerding, M., G. Baumgarten, J. Höffner, J. Fiedler, R. Eixmann, und F.-J. Lübken
(Siehe online unter https://doi.org/10.1117/12.830363)
