Entwicklung miniaturisierter intra-Cavity DFG-, faseroptischer und Quant µm -Kaskadenlasersysteme in Verbindung mit integrierter Elektronik für globale Studien zu Klimaeinflüssen und -reaktionen unter Verwendung von UAS als Partner von Satelliten- und adaptiven Modellen.

MF Witinski, D. Sayres, JN Demusz, M. Rivero, C. Tuozzolo und JG Anderson

Abstrakt

Um das Potenzial von unbemannten Luftfahrtsystemen (UAS) für die atmosphärische In-situ-Überwachung von Tracern wie CO₂, N₂O und CH₄ zu nutzen und die Nachweisgrenzen auf Sub-ppb-Konzentrationen auszudehnen, haben wir kleine, leichte Einmoden-Lasersysteme mit integrierter Elektronik entwickelt. Die Laserquellen umfassen verschiedene Typen, darunter neu entwickelte p- µm -p-verstärkte Differenzfrequenzerzeugung (PE-DFG), verteilte Rückkopplungs- µm (DFB-QCLs) und neue, kommerziell erhältliche DFB-Diodenlaser. Alle arbeiten im Dauerstrichbetrieb (cw) und sind thermoelektrisch gekühlt, was einen hohen µm in einem kompakten, wartungsarmen Gehäuse gewährleistet. Die Lichtquellen werden mit miniaturisierten asphärischen Linsen kollimiert und in eine eigens entwickelte astigmatische Herriott-Zelle zur Detektion der verschiedenen Zielmoleküle mittels direkter Absorption eingekoppelt. Parallel zu den optischen Komponenten haben wir integrierte elektrische Systeme zur Lasersteuerung, Datenverarbeitung und -erfassung entwickelt. Es wird ein Prototyp µm -Spektrometers beschrieben, der die Bedeutung der gemeinsamen Entwicklung optischer und elektrischer Komponenten für ein kompaktes, vollautomatisiertes und wissenschaftlich hochleistungsfähiges Gerät verdeutlicht. Obwohl der Schwerpunkt hier auf atmosphärischen Tracern liegt, wenden wir diese Technologien bereits für spektroskopische Messungen anderer atmosphärischer Spezies wie Isotope, freie Radikale und reaktive Zwischenprodukte an, um mehrere dringende wissenschaftliche Prioritäten des NRC zu adressieren.