Aufbau und Entwicklung eines 1,8 THz Heterodynempfängers für die ballongestützte Fernerkundung von Spurengasen in der Erdatmosphäre
Seiten
2007
|
1., Aufl.
Winter Industries (Verlag)
978-3-86624-223-4 (ISBN)
Winter Industries (Verlag)
978-3-86624-223-4 (ISBN)
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Spätestens seit der Entdeckung des Ozonlochs über der Antarktis 1985 ist bekannt, dass in der Erdatmosphäre durch anthropogene Einflüsse Veränderungen von globalem Ausmaß hervorgerufen werden können. Um genaue Aussagen ¨über Form und Größenordnung solcher Entwicklungen machen zu können, ist ein genaues Verständnis der dafür verantwortlichen atmosphärenchemischen Prozesse und damit eine genaue Kenntnis der chemischen Zusammensetzung der Erdatmosphäre erforderlich. Insbesondere das Verständnis der Rolle reaktiver Radikale ist im Zusammenhang mit Veränderungen der Chlorund Brombelastung der Atmosphäre und damit verbundener klimatischer Veränderungen von großer Bedeutung.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Aufbau eines Fernerkundungssystems für zukünftige ballongetragene Messungen des OH (Hydroxyl-) Radikals in der unteren Stratosphäre. Die Emissionsfrequenz von OH liegt bei 1,8 THz und damit im ferninfraroten Frequenzbereich des elektromagnetischen Spektrums. In diesem Frequenzbereich eignen sich Heterodynempfänger hervorragend für die Detektion schwacher atmosphärischer Strahlung mit hoher spektraler Auflösung.
Gegenstand dieser Arbeit ist der Entwurf und Aufbau eines neuartigen 1,8THz Heterodynempfänger-Prototypen, der ein supraleitendes Hot-Electron-Bolometer (HEB) als hochempfindlichen Heterodynmischer verwendet. In dieser Arbeit werden Design, Aufbau und Test des Prototypen zur Erprobung der Hot-Electron-Bolometer-Technologie im Hinblick auf die spätere Verwendung innerhalb eines ballongetragenen Fernerkundungssystems beschrieben. Der neu entwickelte 1,8 THz-Empfänger soll dabei im Anschluss an die Erprobungsphase als einer von drei Heterodynempfängern des ballongetragenen Heterodyn-Spektrometers TELIS (,,TErahertz LImb Sounder”) zum Einsatz kommen. TELIS wird am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) für die Messung von Spurengaskonzentrationen von OH, HO2, ClO, BrO und anderen in der Atmosphärenchemie wichtigen Molekülen in der Erdatmosphäre entwickelt. Neben einem 1,8THz-Empf¨anger, der in dieser Arbeit behandelt wird, wird das Fernerkundungssystem TELIS durch zwei weitere Heterdynempfänger vervollständigt, die in einem Frequenzbereich von 650GHz bzw. 500 GHz arbeiten.
Der Betrieb eines HEB als 1,8 THz-Heterodynmischer erfolgt bei der Übergangstemperatur Tc des verwendeten Materialsystems (NbN; Tc _ 9 K) zwischen normalleitendem und supraleitendem Zustand. Dies erfordert die Konzeption eines Empfängersystems für den Betrieb innerhalb eines heliumgekühlten Kryostaten und damit unter kryogenen Umgebungsbedingungen. Weitere neben dem Heteordynmischer zentrale Komponenten des Heterodynempfängers wie z.B. Diplexer und der Lokaloszillator-Aufbau sind daher für den Betrieb unter kryogenen Umgebungsbedingungen konzipiert.
Im Rahmen dieser Arbeit werden alle wichtigen Komponenten eines 1,8 THz-Heterodyn-Spektrometers (Heterodynmischer, Lokaloszillator, Diplexer, Zwischenfrequenzkette, digitales Autokorrelatorspektrometer) aufgebaut und getestet. Die Konzeption des Aufbaus berücksichtigt dabei die spätere Integration des Prototypen in das Gesamtsystem TELIS, insbesondere im Hinblick auf die Anpassung der optischen Komponenten des 1,8 THz-Empfängers. Im Anschluss an den Aufbau der Einzelkomponenten wird der gesamte Prototyp - insbesondere bzgl. seiner radiometrische Empfindlichkeit – charakterisiert und dessen Eignung für die ballongetragenen Fernerkundung nachgewiesen. Die radiometrische Charakterisierung wird dabei durch laborspektroskopische Untersuchungen an Methanolgas vervollständigt.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Aufbau eines Fernerkundungssystems für zukünftige ballongetragene Messungen des OH (Hydroxyl-) Radikals in der unteren Stratosphäre. Die Emissionsfrequenz von OH liegt bei 1,8 THz und damit im ferninfraroten Frequenzbereich des elektromagnetischen Spektrums. In diesem Frequenzbereich eignen sich Heterodynempfänger hervorragend für die Detektion schwacher atmosphärischer Strahlung mit hoher spektraler Auflösung.
Gegenstand dieser Arbeit ist der Entwurf und Aufbau eines neuartigen 1,8THz Heterodynempfänger-Prototypen, der ein supraleitendes Hot-Electron-Bolometer (HEB) als hochempfindlichen Heterodynmischer verwendet. In dieser Arbeit werden Design, Aufbau und Test des Prototypen zur Erprobung der Hot-Electron-Bolometer-Technologie im Hinblick auf die spätere Verwendung innerhalb eines ballongetragenen Fernerkundungssystems beschrieben. Der neu entwickelte 1,8 THz-Empfänger soll dabei im Anschluss an die Erprobungsphase als einer von drei Heterodynempfängern des ballongetragenen Heterodyn-Spektrometers TELIS (,,TErahertz LImb Sounder”) zum Einsatz kommen. TELIS wird am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) für die Messung von Spurengaskonzentrationen von OH, HO2, ClO, BrO und anderen in der Atmosphärenchemie wichtigen Molekülen in der Erdatmosphäre entwickelt. Neben einem 1,8THz-Empf¨anger, der in dieser Arbeit behandelt wird, wird das Fernerkundungssystem TELIS durch zwei weitere Heterdynempfänger vervollständigt, die in einem Frequenzbereich von 650GHz bzw. 500 GHz arbeiten.
Der Betrieb eines HEB als 1,8 THz-Heterodynmischer erfolgt bei der Übergangstemperatur Tc des verwendeten Materialsystems (NbN; Tc _ 9 K) zwischen normalleitendem und supraleitendem Zustand. Dies erfordert die Konzeption eines Empfängersystems für den Betrieb innerhalb eines heliumgekühlten Kryostaten und damit unter kryogenen Umgebungsbedingungen. Weitere neben dem Heteordynmischer zentrale Komponenten des Heterodynempfängers wie z.B. Diplexer und der Lokaloszillator-Aufbau sind daher für den Betrieb unter kryogenen Umgebungsbedingungen konzipiert.
Im Rahmen dieser Arbeit werden alle wichtigen Komponenten eines 1,8 THz-Heterodyn-Spektrometers (Heterodynmischer, Lokaloszillator, Diplexer, Zwischenfrequenzkette, digitales Autokorrelatorspektrometer) aufgebaut und getestet. Die Konzeption des Aufbaus berücksichtigt dabei die spätere Integration des Prototypen in das Gesamtsystem TELIS, insbesondere im Hinblick auf die Anpassung der optischen Komponenten des 1,8 THz-Empfängers. Im Anschluss an den Aufbau der Einzelkomponenten wird der gesamte Prototyp - insbesondere bzgl. seiner radiometrische Empfindlichkeit – charakterisiert und dessen Eignung für die ballongetragenen Fernerkundung nachgewiesen. Die radiometrische Charakterisierung wird dabei durch laborspektroskopische Untersuchungen an Methanolgas vervollständigt.
| Reihe/Serie | Dissertation Classic ; 1323 |
|---|---|
| Sprache | deutsch |
| Maße | 150 x 210 mm |
| Gewicht | 229 g |
| Einbandart | Paperback |
| Themenwelt | Technik ► Luft- / Raumfahrttechnik |
| Schlagworte | HC/Technik/Luftfahrttechnik, Raumfahrttechnik • Heterodyn-Spektrometer • Hot Electron Bolometer • Limb Sounder |
| ISBN-10 | 3-86624-223-9 / 3866242239 |
| ISBN-13 | 978-3-86624-223-4 / 9783866242234 |
| Zustand | Neuware |
| Informationen gemäß Produktsicherheitsverordnung (GPSR) | |
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