白皮书
德国之巅的大气研究：실시간-바카라사이트 山
图1. Schneefernerhaus 研究站位于 실시간-바카라사이트 的南面（2680 米）。图片来源：Hannes Vogelmann。
改进的紫外실시간-바카라사이트系统可实现远程拉曼传感
使用激光雷达对大气水蒸气进行定量激光雷达测量，即使超过 10 公里，这一重要目标也要求高功率紫外실시간-바카라사이트通过실시간-바카라사이트脉冲的拉曼反向散射来扩大工作范围。德国 Garmisch Partenkirchen 卡尔斯鲁厄理工学院 （KIT） 的研究人员修改了 Coherent 公司的 350 瓦工业 XeCl 准分子실시간-바카라사이트，并将其与更大的信号收集실시간-바카라사이트元件器件相结合，与现有的基于 Nd：YAG 的拉曼-里达仪器相比，系统 S/N 增加了约 40 倍。从德国 Zugspitze 山 （2962 m） Schneefernerhaus 观测站 （UFS） 的 2675 m 实验室，他们现在定量测量高达 20 km 海拔的水蒸气，数据采集时间缩短 10X。
水蒸气是一种关键的大气成分，其分布高度不均匀和动态。为了更好地理解和预测天气事件和气候变化，科学家们需要几乎实时地测量水蒸气分布，这表明使用了激光雷达方法。测量结果必须暗示与气候相关的上对流层（海拔约 12 公里）和相邻的下对流层。这些要求意味着실시간-바카라사이트源和反向散射辐射检测系统都面临相当大的挑战。
"科学家们几乎需要实时测量水蒸气分布，这表明使用了실시간-바카라사이트雷达方法。"
除了机载（例如气球）仪器或高空气象测量站外，还有各种基于光谱的方法来远程测量大气物质。KIT 的 Thomas Trickl 和 Hannes Vogelmann 开发并优化了针对不同物种的几种基于실시간-바카라사이트的系统。在UFS，为水蒸气测量设置了差分吸收激光雷达（DIAL）和高功率拉曼激光雷达。
DIAL 是一种基于실시간-바카라사이트的方法，可比较两个紧密间隔波长的背散射强度，这两种波长对于单根近红外 （817 nm） H2O 吸收线来说要么导通共振，要么导断共振。该系统基于具有高达 250 mJ 脉冲能量的窄带 Ti：sapphire 激光系统直径为 0.65 m 的牛顿望远镜 【1】。由于这些规格，其 DIAL 系统的最大范围约为 12 公里。
为了达到更高的高度，必须尽量减少对流层中실시간-바카라사이트辐射的吸收。基于斯托克斯位移拉曼反向散射的拉曼激光雷达系统就是这种情况。拉曼散射强度对波长 （1/λ4） 具有强烈的非线性逆依赖性，因此为了最大化检测范围，最好使用具有高脉冲能量的紫外실시간-바카라사이트。使用旋转拉曼水蒸气光谱的窄 Q 旋转分支，该旋转分支由检测系统中的 0.75 nm 干涉滤光片完全选择。任何실시간-바카라사이트源都必须提供稳定的单线输出，以实现高效的信号区分。由于拉曼信号取决于偏振，因此线性偏振光束是提供定量远程数据的最佳选择。
出于这些原因，실시간-바카라사이트的常用选择是频率三倍 Q 开关 Nd：YAG 실시간-바카라사이트，输出波长为 355 nm，脉冲持续时间为几纳秒。这些실시간-바카라사이트可商购获得，平均紫外功率约为 18 W。这可提供约 20 公里的典型最大范围，但由于拉曼散射灵敏度极低，因此需要信号平均长达一整夜的观察，从而限制了其效用和时间分辨率。
图 2：Trickl 博士 （KIT）、Emmerichs 博士 （Coherent）、Dipl.B. Wallenta （Coherent），Vogelmann 博士 （KIT） – 在 Zugspitze 山的 UFS 举行项目会议。UV-Coherent-Laser-System 成功地在气候研究中发挥作用。图片来源：相干公司
为了克服这一限制，Trickl 和 Vogelmann 寻找了一种更 强大的紫外실시간-바카라사이트 源。准分子실시간-바카라사이트产生的脉冲能量最高，功率比任何紫外실시간-바카라사이트都高。工业氙氯化物 （308 nm） 실시간-바카라사이트产生最高的功率，并针对显示器和电子行业的精密 精确 材料任务进行了优化，包括硅背板退火실시간-바카라사이트剥离 （LLO）。它们具有出色的脉冲到脉冲能量和光束稳定性。然而，材料加工不需要严格控制输出波长和线宽。
Zugspitze 集团从 Coherent* 收购了一款工业准分子，其脉冲能量高达 1 焦耳，重复频率高达 350 Hz。然后，他们修改了这种실시간-바카라사이트，以提供激光雷达所需的窄线宽。Trickl 解释说：“我们首先定制了실시간-바카라사이트，以获得发散度更小的线性偏振单线输出脉冲。具体来说，我们扩展了腔，插入薄膜偏振器和倾斜调谐腔内塔隆；这种塔隆使我们能够将실시간-바카라사이트带宽减少到 0.036 nm。我们目前的平均功率为 180 W，但希望通过引入低损耗腔内실시간-바카라사이트元件并缩短腔以增加往返次数来达到更高的功率。此外，我们使用直径为 1.5 米的镜子（图 2）来收集大气水蒸气背散射的辐射，因此与其他地方使用的 355 nm 仪器相比，我们的系统提供的 S/N 增加了约 40X。”
실시간-바카라사이트雷达的规格符合令人难以置信的七 十年水蒸气信号动态范围（温度为九） ，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。在一小时内，Trick l 和 Vogelmann 现在可以测量海拔 20 公里的水蒸气 ，垂直分辨率在最高海拔达到 400 米 （图 3）。
作为副产品，该系统可进行近 90 公里高度的温度 测量（图 4）。 在标准程序中，温度 来自控制 反向散射信号的大气压密度。
图 3
"실시간-바카라사이트扩展了腔，插入薄膜偏振器和倾斜调谐腔内塔隆。"
图 4
参考文献：
【1】 H. Vogelmann 和 T. Trickl，在高海拔站使用差吸收激光雷达 （DIA L） 广泛探测自由四极球水蒸气，
应用 选择 47 （2008），2116-2132
【2】 L. Klanner、K. Höveler、D. Khordakova、M. Perfahl、C. Rolf、T. Trickl 和 H. Vogelmann，一种强大的실시간-바카라사이트雷达系统，能够对
对流层和下层层中的水蒸气与上层层和中层中的温度 Atmos 一样。Meas. 技术
14（2021 年），531-555
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