Techniklexikon

Lidar

Abkürzung für Light Detection and Ranging. Bezeichnet wird damit ein aktives Fernmeßverfahren zur Sondierung der Atmosphäre. Ähnlich wie Radaranlagen (Radar) senden L. gerate kurze elektromagnetische (Elektromagnetismus) Pulse aus. Als Sender dienen leistungsstarke Festkörper- oder Gaslaser (Laser), deren Wellenlängen im sichtbaren und infraroten Spektralbereich (Spektrum) liegen. Ein Bruchteil dieser Strahlung wird von den Luftmolekülen (Molekül) und Aerosolteilchen (Aerosol) zum Sender zurückgestreut und mit einem Empfangssystem nachgewiesen. Die Entfernung zum streuenden Material wird aus der Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden der Lichtimpulse und dem Eintreffen der reflektierten Signale bestimmt. Die rückgestreute Lichtintensität ist ein Maß sowohl für die Dichte und die optischen Eigenschaften des »detektierten« Mediums als auch für die optische Transmission (Durchlässigkeit) der Atmosphäre. Aus der Gesamtheit der Rückstreudaten läßt sich eine Vielzahl meteorologisch wichtiger Merkmale und Zustände ableiten. Umwelt- und GeophysikLaserphysik und -technik, Light Detecting And Ranging, in Analogie zum RADAR Verfahren bzw. Gerät zur Rückstrahlortung von Objekten, insbesondere auch zur Fernerkundung der Erdatmosphäre. Grundlage der Methode ist die Messung der reflektierten oder rückgestreuten Intensität eines gepulsten Laserstrahls (Laser) in Abhängigkeit von der nach dessen Aussendung vergangenen Zeit. So lassen sich mit Kenntnis der Lichtgeschwindigkeit Entfernungsprofile der Reflexionseigenschaften der sondierten Objekte, z.B. ein Höhenprofil der Atmosphäre, messen. Moderne LIDAR Geräte erfassen die Atmosphäre bis in Höhen von etwa 100 km. In der Atmosphärenphysik dienen LIDAR-Geräte vor allem zur Bestimmung von Aerosol-, Temperatur- und Ozon-Konzentrationsprofilen anhand der Messung der wellenlängenabhängigen relativen Absorption des Laserlichts auf dem Weg durch die verschiedenen Atmosphärenschichten (entsprechend dem Prinzip der Absorptionsspektroskopie) oder durch laserinduzierte Fluoreszenz (entsprechend der Emissionsspektroskopie). Dabei wird v.a. das Differential Absorption Lidar (DIAL) verwendet, das Laserpulse zweier unterschiedlicher Wellenlängen benutzt, die über ein Teleskop aufgeweitet und in die Atmosphäre abgestrahlt werden. Wählt man die Wellenlänge des ersten Pulses ausserhalb der Spektrallinie eines Übergangs des nachzuweisenden Stoffes, die des zweiten Pulses aber bei der maximalen Absorption, dann kann man aus der Differenz der Intensitäten der reflektierten Pulse die Konzentration des gesuchten Stoffes entlang der Ausbreitungsrichtung bestimmen.

LIDAR: Schematische Darstellung eines Differential Absorption Lidar-Systems. Das reflektierte Laserlicht wird einem Teleskop gesammelt und von einem Photomultiplier (PM) nachgewiesen. Dabei werden zur longitudinalen Ortsauflösung und zur Rauschunterdrückung nur Signale innerhalb eines Zeitfensters berücksichtigt.