Entwicklung und Erprobung des Hygrometer for Atmospheric Investigations:
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Jülich
Forschungszentrum Jülich, Zentralbibliothek
2011
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| Series: | Schriften des Forschungszentrums Jülich
Reihe Energie & Umwelt ; Bd. 113 |
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INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
1.1 WASSER IN DER ATMOSPHAERE 1
1.2 VERFAHREN ZUR FEUCHTEMESSUNG UND DATENQUALITAET 3
1.3 FORSCHUNGSFLUGZEUG HALO 5
1.4 ENTWICKLUNG DES *HYGROMETER FOR ATMOSPHERIC INVESTIGATIONS 5
2 ABSORPTIONSSPEKTROSKOPIE 7
2.1 ENERGIEEIGENWERTE VON MOLEKUELEN 7
2.1.1 ROTATIONSSCHWINGUNGSSPEKTRUM DES H2O-MOLEKUELS 8
2.2 LINIENBREITEN 10
2.2.1 NATUERLICHE LINIENBREITC 10
2.2.2 DOPPLER-VERBREITERUNG 11
2.2.3 STOFSVERBREITERUNG 11
2.2.4 VOIGT-PROFILFUNKTION 12
2.3 DIREKTE ABSORPTIONSSPEKTROSKOPIE 13
2.3.1 DAS LAMBERT-BEER SCHE GESETZ 13
2.3.2 TUNABLE DIODE LASER ABSORPTION SPECTROSCOPY 14
3 FUNKTIONSPRINZIP DES FASERGEKOPPELTEN DFB-LASERS 17
3.1 ENTWICKLUNG DER LASERDIODE 17
3.2 FUNKTIONSPRINZIP EINES DIODENLASERS 17
3.3 WEITERENTWICKLUNG ZUM *DISTRIBUTED FEEDBACK LASER 18
3.4 STATISCHE WELLENLAENGENABSTIMMUNG 19
3.5 DYNAMISCHE WELLENLAENGENABSTIMMUNG 20
3.6 ENTWICKLUNG DER GLASFASER 21
3.7 FUNKTIONSPRINZIP EINER GLASFASER 22
3.8 CHARAKTERISIERUNG VON *SINGLE-MODE GLASFASERN 22
4 KONZEPT DES HAI HYGROMETERS UND INTEGRATION IN HALO 25
4.1 AUFTEILUNG DER HYGROMETERKOMPONENTEN 26
4.2 EINBAUPOSITION DER OFFENEN MESSZELLE 27
4.3 POSITION UND AUFBAU DES RACK-EINSCHUBS 29
4.3.1 HALO-STANDARD-RACK 29
4.3.2 AUFBAU DES HAI RACK-EINSCHUBS 29
4.4 HAI SPEKTROMETERMESSDATEN 32
4.4.1 AUSWAHL GEEIGNETER ABSORPTIONSLINIEN 32
I
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1014556007
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
II INHALTSVERZEICHNIS
4.4.2 DATENAUSWERTUNG 33
5 LASERTECHNIK FUER DEN FREISTRAHLENDEN 2596 NM LASER 35
5.1 LASERCHARAKTERISIERUNG 35
5.1.1 LEISTUNG - STROM/TEMPERATUR CHARAKTERISTIK 36
5.1.2 STATISCHE TEMPERATURABSTIMMUNG 37
5.1.3 STATISCHE STROMABSTIMMUNG 41
5.1.4 SEITENMODENUNTERDRUECKUNG 42
5.1.5 DYNAMISCHES STROM-ABSTIMMVERHALTEN UND KORREKTUR DER WELLENLAENGE
IM SPEKTRUM 44
5.1.6 STRAHLPROFIL 45
5.2 SPUELBARES LASERGEHAEUSE MIT FASERKOPPLUNG 46
5.2.1 STRAHLENGANG ZUR REALISIERUNG DER FASERKOPPLUNG UND DER
REFERENZSIGNALE 47 5.2.2 STOERUNGSARME STRAHLTEILER 48
5.2.3 REFERENZZELLE ZUR STABILISIERUNG DER LINIENPOSITION 49
5.2.4 DETEKTOREN UND TRANSIMPEDANZVERSTAERKER ZUR AUFNAHME UND
VORVERSTAER- KUNG DER OPTISCHEN SIGNALE 50
5.2.5 EINFLUSS DER KONTAMINATION AUF DIE SPEKTROMETERAUFLOESUNG 51 5.2.6
KORREKTUR DER SPEKTROMETERMESSUNGEN 54
5.3 FASERKOPPLUNG 55
5.3.1 KOLLIMATION 55
5.3.2 QUALITAET DER FASERKOPPLUNG UND OPTISCHE LEISTUNG AM FASERENDE 56
5.4 CHARAKTERISIERUNG DER FLUORHALTIGEN GLASFASERN 57
5.4.1 BESTIMMUNG DER DAEMPFUNG DER IR-PHOTONICS *SINGLE-MODE GLASFASER .
. 58 5.4.2 TEMPERATURABHAENGIGES ABSORPTIONS VERHALT EN 59
5.4.3 BESTIMMUNG VON NUMERISCHER APERTUR UND MODENFELDDURCHMESSER . . ..
62 5.5 FAZIT 63
6 LASERTECHNIK FUER DEN FASERGEKOPPELTEN 1370 NM LASER 65
6.1 LASERCHARAKTERISIERUNG 65
6.2 CHARAKTERISIERUNG DER QUARZGLASFASER 68
6.3 OPTISCHE STOERUNGEN 69
6.4 FASEROPTISCHE BAUGRUPPEN 70
6.4.1 SPUELBARES LASERMOUNT UND LICHTAUFSPALTUNG FUER DIE
SPEKTROMETERKOMPO- NENTEN 70
6.4.2 RCFERENZZELLE ZUR STABILISIERUNG DER LINIENPOSITION 71
6.5 FAZIT 71
7 OFFENE MESSZELLE FUER ZWEI LASERSTRAHLEN 73
7.1 ZELLENGEOMETRIE 74
7.2 OPTISCHE SIMULATION DER ZWEI-STRAHL WHITE-MESSZELLE 75
7.3 AUFBAU UND AUSSTATTUNG DER MESSZELLE 79
7.3.1 STRUKTUR UND MATERIALIEN 79
7.3.2 AUFBAU DER PYLONE 79
7.3.3 INTEGRATION DER OPTOMECHANIK 81
7.3.4 ELEKTRONISCHE SIGNALUEBERTRAGUNG 82
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS III
7.4 EMPFINDLICHKEIT UND DYNAMIK DER MESSZELLE 83
7.5 STROEMUNGSSIMULATION FUER REALE FLUGBEDINGUNGEN 85
7.5.1 STROEMUNGSANALYSE INNERHALB DER MCSSZELLE 86
7.5.2 ABSCHAETZUNG DER SPEKTROSKOPISCHEN MESSFEHLER 88
7.6 MECHANISCHE VERFORMUNG UND DEJUSTAGE IM FLUG 91
7.6.1 BERECHNUNG DER SEITENLASTEN 91
7.6.2 DEJUSTAGE DER MESSZELLE 92
8 VERGLEICH VERSCHIEDENER HYGROMETER MIT DEM HAI 95
8.1 VERGLEICH DER HYGROMETERDATEN EINER AIDA KAMPAGNE 95
8.1.1 RAHMENBEDINGUNGEN UND EINBAU DER OFFENEN MESSZELLE 95
8.1.2 VERGLEICH DER FEUCHTEMESSUNGEN 97
8.2 VCRGLEICHSMESSUNG MIT EINER GESCHLOSSENEN MESSZELLE 99
9 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 101
DANKSAGUNG 105
LITERATURVERZEICHNIS 107
A SPIEGELHALTER MIT DETEKTOREN- UND FASERFASSUNGEN 117
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