Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Gao Xiaoming vom Hefei Institutes of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat die Messgenauigkeit atmosphärischer Treibhausgase, einschließlich Kohlendioxid, durch den Einsatz eines Erbium-dotierten Faserverstärkers (EDFA)-unterstützten Lasers verbessert Heterodyn-Radiometer (LHR).
Die Studie wurde veröffentlicht in Optikbriefeund wurde als Editor’s Pick ausgewählt.
LHR, bekannt für seine hohe Empfindlichkeit und hohe spektrale Auflösung, ist zur nächsten Generation leichter Satellitennutzlasten geworden. Allerdings leiden die von Heterodynradiometern gemessenen Signale während des Scanvorgangs häufig unter Problemen wie einer Grundliniensteigung und einem verringerten Signal-Rausch-Verhältnis, was die Messgenauigkeit beeinträchtigt.
In dieser Studie entwickelten die Forscher ein Detektionsschema für die Nahinfrarot-Laser-Heterodyn-Spektroskopie auf Basis von EDFA.
Durch die Anpassung des EDFA an die automatische Leistungssteuerung konnten die Forscher die Leistung des Lokaloszillator-DFB-Lasers (Local Oscillator, LO) erfolgreich verstärken und stabilisieren, was zu einer bemerkenswerten Reduzierung der Grundlinienschwankungen führte. Diese Optimierung führte zu einer deutlichen Verbesserung der Genauigkeit des verarbeiteten atmosphärischen Transmissionsspektrums.
Der Betrieb des LHR im Schrotrausch-dominierten Bereich während des Scannens wurde durch die Verwendung eines EDFA mit automatischer Power-Lock-Funktion ermöglicht. Durch die Eliminierung von durch die Grundliniensteigung verursachten Fehlern konnte die Leistung des EDFA-unterstützten LHR erheblich verbessert werden.
„Diese Optimierung ermöglichte es dem LHR, während des Scannens im von Schrotrauschen dominierten Bereich zu arbeiten“, sagte Dr. Li Jun, ein Mitglied des Teams.
Bei experimentellen Messungen atmosphärischer CO2-Transmissionsspektren mit dem EDFA-unterstützten LHR verbesserte sich das Signal-Rausch-Verhältnis des Heterodynsignals um das Dreifache.
„Diese Ergebnisse belegen die Wirksamkeit des EDFA-unterstützten LHR bei der Erzielung einer höheren Genauigkeit und Präzision bei atmosphärischen Gasmessungen“, sagte Dr. Li.
Diese Entdeckung könnte die bodengestützte LHR-Fernerkundung verbessern und das Wissen und die Überwachung von Treibhausgasen verbessern, so das Team.
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Jun Li et al., Erbium-dotierter Faserverstärker (EDFA)-unterstütztes Laser-Heterodyn-Radiometer (LHR), das im von Schussrauschen dominierten Regime arbeitet, Optikbriefe (2023). DOI: 10.1364/OL.501761