白皮书
天博体育中国官方网站顶部的大气研究：Zugspitze Mountain
图1.天博体育中国官方网站（2680 m）南面的Schneefernahaus研究站。图片来源Hannes Vogelmann。
修改后的UV天博体育中国官方网站系统启用远程拉曼传感
与LIDAR的大气水蒸气进行定量激光雷达测量的重要目标，即使超过10公里，都需要高功率紫外线激光器通过激光脉冲的拉曼反向散射来扩展工作范围。天博体育中国官方网站Garmisch Partenkirchen的Karlsruhe技术研究所（KIT）的研究人员将350瓦的工业XECL XECL Excimer激光器从相干转移，并将其与较大的信号收集光学元件相结合，将系统S/N与现有的ND：YAG基于ND：YAG基于ND：YAG RAMAN RAMAN-LIDAR INSTERUMETS相比，将系统S/N增加到40倍。从天博体育中国官方网站的Zugspitze（2962 m）上的Schneefernaus观察站（UFS）的2675 m的实验室中，他们现在定量测量水蒸气至高达20 km的高度，数据采集时间降低了10倍。。。
水蒸气是一种关键的大气成分，其分布高度不均匀且动态。为了更好地理解并预测天气事件和气候变化，科学家几乎需要实时测量水蒸气分布，这表明使用LIDAR方法。测量结果必须暗示与气候相关的对流层（约12 km的高度）和相邻的下层平流层。这些要求对于天博体育中国官方网站源和反向散射辐射的检测系统都有巨大的挑战。
“科学家几乎需要实时测量水蒸气分布，这表明使用LIDAR方法。”
除了机载（例如气球）仪器或高空天气测量站外，还有各种基于光谱的方法用于远程测量大气物种。 Kit的Thomas Trickl和Hannes Vogelmann已开发和优化了几种针对不同物种的天博体育中国官方网站系统。在UFS上，为水蒸气测量设置了差异吸收天博体育中国官方网站雷（Dial）和高功率拉曼天博体育中国官方网站雷达（Raman Lidar）。
DIL是一种基于天博体育中国官方网站的方法，它在两个紧密间隔的波长下比较了反向散射强度，对于单个近红外（817 nm）H2O吸收线的单个近红外（817 nm）H2O吸收线的反呼声。该系统基于窄带Ti：蓝宝石天博体育中国官方网站系统，其脉冲能量高达250 MJ，直径为0.65 m [1]。由于这些规格，其表盘系统的最大范围约为12公里。
必须最小化对流层中天博体育中国官方网站辐射的较高高度。基于stokes转移的拉曼反向散射的拉曼天博体育中国官方网站雷达系统就是这种情况。拉曼散射强度对波长（1/λ4）具有强烈的非线性反依赖性，因此，为了最大程度地提高检测范围，优选具有高脉冲能的紫外线天博体育中国官方网站器。使用RO振动拉曼水蒸气光谱的窄Q旋转分支，该频谱由检测系统中的0.75 nm干扰滤波器完全选择。任何天博体育中国官方网站源都必须提供稳定的单线输出，以实现有效的信号歧视。由于拉曼信号取决于极化，因此线性极化的光束最适合传递定量远程数据。
由于这些原因，天博体育中国官方网站的通常选择是频率分配的Q开关ND：YAG天博体育中国官方网站器，输出在355 nm处输出，并且脉冲持续时间为几纳米，几纳米秒。这些天博体育中国官方网站器在商业上可用，平均紫外线约为18W。这提供了大约20公里的典型最大范围，但是由于拉曼散射的灵敏度非常低，需要平均夜晚的夜晚，从而限制其实用性和时间分辨率。。
图2：DR。 Trickl（套件），Emmerichs博士（连贯），Dipl.B。 Wallenta（连贯），Vogelmann博士（套件） - 天博体育中国官方网站山上UFS的项目会议。 UV-Coherent-Laser-System成功地在那里为气候研究工作。图片来源：连贯
为了克服此限制，Trickl和Vogelmann寻找了更强大的紫外线天博体育中国官方网站源。准分子天博体育中国官方网站器会产生任何紫外线天博体育中国官方网站器的最高脉冲能和最高功率。工业Xenon氯化物（308 nm）天博体育中国官方网站器产生最高的功率，并针对显示屏和电子工业的精确材料任务进行了优化，包括硅回收退火和天博体育中国官方网站升降机（LLO）。它们具有出色的脉冲能量和梁稳定性。但是，材料处理不需要严格控制输出波长和线宽。
天博体育中国官方网站组从相干*获得了一种工业准分子，其脉冲能量最高为1焦点，重复速率高达350 Hz。然后，他们修改了该激光器，以提供激光雷达所需的狭窄线宽。 Trickl解释说：“我们首先对激光器进行定制，以获得线性极化的单线输出脉冲，差异降低。具体来说，我们扩展了空腔以插入一个薄膜偏振器和倾斜的型内部内部载体eTalon；这ETALON允许我们通过较高的启动启动到0.036 nm。较低损坏的腔内光学器件并缩短了腔体以增强圆形旅行的数量。
LIDAR的规格具有令人难以置信的水蒸气信号动态范围（温度为9个），这意味着每个垂直箱（50 ns或7.5 m）和小时的光子背景为0至3个计数。在一个小时内，技巧L和Vogelmann现在可以将水蒸气测量到20 km的高度，垂直分辨率达到最高海拔400米（图3）。
作为副产品，该系统的温度测量值近90 km（图4）。 温度是从控制反向散射信号的大气密度的标准过程中得出的。
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“我们扩展了腔体以插入薄膜偏振器和倾斜的型内腔内eTalon。”
图4
参考：
[1] H. Vogelmann和T. Trickl，在高空气站的自由潮形的postpheric水蒸气的广泛声音，带有差分吸收的LIDAR（DIA），，，
应用。选择。 47（2008），2116-2132
[2] L. Klanner，K。Höveler，D。Khordakova，M。Perfahl，C。Rolf，T。Trickl和H. Vogelmann，这是一个功能强大的天博体育中国官方网站雷达系统，它具有一小时的测量。
对流层中的水蒸气和下层平流层与上层平流层和中层中的温度一样。测量技术。
14 (2021), 531-555
特别感谢我们的参考客户：套件：Vogelmann博士，[电子邮件保护]和Trickl博士