Item

Abstract

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde das erste Lasersystem konstruiert, das alle
Anforderungen für Wasserdampf- und Temperaturmessungen in der Troposphäre mit der
DIAL (differential absorption lidar)-Methode erfüllt. Das Lasersystem besteht aus einem
gütegeschalteten unidirektionalen Alexandrit-Ringlaser, dessen spektrale Eigenschaften
mit Hilfe eines Dauerstrichlasers durch die Technik des injection seeding entscheidend
verbessert werden. Als Dauerstrichlaser wird ein Ti:Saphir-Ringlaser verwendet.
Mit dem Lasersystem wurde erstmalig bei einem DlAl-system im nahen infraroten Spek-
tralbereich single longitudinal mode-Lasertätigkeit erzielt, die neue Nachweismöglichkei-
ten des Rückstreusignals und eine Beseitigung von Meßfehlern aufgrund der Rayleigh-
Doppler-Verbreiterung in erreichbare Nähe rückt,
In Vergleichsmessungen wurde gezeigt, daß die durch das Lasersystem verursachten sy-
stematischen Fehler in der Wasserdamp{bestimmung kleiner als 570 in der gesamten Tro-
posphäre sind. Ferner sind die statistischen Fehler in der Wasserdampfbestimmung so
klein, daß das System für Messungen des Wasserdampfflusses in der konvektiven Grenz-
schicht geeignet ist.
Das DIAL*System kann sowohi in der Nacht als auch am Tage für hochauflösende Was-
serdampfmessungen in der Troposphäre eingesetzt werden. Die benutzte Technologie
ist grundsätzlich auch für die Entwicklung künftiger flugzeug- oder satellitengetragener
Systeme geeignet, so daß die DIAL-Methode einen attraktiven Ansatz bietet, den Kennt-
nisstand über den globalen Wasserkreislauf zu erhöhen.

Within the scope of this thesis the first laser system \ ¡as designed whìch fulfils all re-
quirements for water vapor and temperature DIAL measurements in the troposphere.
The system consists of a Q-switched unidirectional Alexandrite ring laser for which the
spectral properties are considerably improved using the injection seeding technique. The
master laser is a continuous wave Ti:Sapphire ring laser.
This laser system is the first single mode DIAL system in the near infrared. The high
frequency stability and narrow bandwidth make narrowband backscatter signal detection
feasible, thus avoiding measurement errors due to Doppler broadening of the backscatter
signal.
In intercomparison experiments it was demonstrated that residual systematic errors of
water vapor measurements caused by the laser system are less than 5% in the whole tro-
posphere. Due to low statistical errors it is also suitable for water vapor flux measurements
in the convective boundary layer.
The DIAL system can be used for day- and nighttime measurements in the troposphere.
The new technology introduced in this work is also applicable for the development of
airborne and spaceborne systems. Thus the DIAL technique is a promising method to
improve the knowledge concerning the global water cycle.