Laser

Mit dem Zugspitzen-Excimer-LIDAR dem Klimawandel auf der Spur

Auf Deutschlands höchstem Berg wird im wahrsten Sinne des Wortes Spitzenforschung betrieben: Unweit des Gipfels der Zugspitze – in der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus (www.schneefernerhaus.de) – befindet sich eine weltweit einzigartige Kombination von LIDAR-Systemen zur Vermessung von atmosphärischem Wasserdampf, dem wichtigsten Treibhausgas in unserer Atmosphäre.

Der Wasserdampf trägt zu etwa zwei Drittel zum Treibhauseffekt bei, mehr als das in der breiten Öffentlichkeit diskutierte Kohlendioxid. Dabei soll ein neues herausragendes Excimer-LIDAR-System von Coherent neue Erkenntnisse liefern auf dem Weg zu einem besseren Verständnis der Erdatmosphäre und über die Prozesse, die zu globalen Klimaveränderungen führen.

Die besondere Herausforderung für LIDAR-Messungen in der Stratosphäre – ab etwa 12 km Höhe – sind der kleine Anteil der Wassermoleküle (wenige ppm der Luft) sowie das mit der Entfernung stark abnehmende Rückstreusignal. Messungen des stratosphärischen Wasserdampfs sind mit einem Absorptionsverfahren wie DIAL vom Boden aus nicht möglich. Bei der Raman-Streuung kommt es in der Troposphäre zu vergleichsweise geringen Intensitätsverlusten, und man kann dadurch größere Höhen erreichen. Das sehr schwache Raman-Rückstreusignal kann man bei Steigerung der Laserleistung und der Größe des Empfangsteleskops massiv erhöhen. Die Intensität der Raman-Streuung skaliert invers zur vierten Potenz der Wellenlänge. Daher ist ein UV-Lasersystem bestens geeignet, wobei wegen der Strahlungsabsorption durch Ozon nur Wellenlängen oberhalb von 300 nm in Frage kommen.

Die Lösung der Forscher: Ein Raman-LIDAR-System, das auf einem Hochleistungs-Excimerlaser der Wellenlänge 308 nm mit 350 W, der im linear-polarisierten, schmalbandigen (Δλ = 0,04 nm) Betriebsmodus mit 180 W etwa zehnmal so viel Leistung liefert wie ein frequenzverdreifachter, gütegeschalteter Festkörperlaser bei 355 nm. Die Umweltforschungsstation Schneefernerhaus ist mit ihrem Coherent-Excimer-LIDAR künftig in der Lage, dem Klimawandel ein Stück weiter auf die Spur zu kommen.

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Coherent Shared Services B.V.

Dieselstr. 5b
64807 Dieburg
Deutschland

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