A high-power laser transmitter for ground-based and airborne water-vapor measurements in the troposphere

Schiller, Max

A high-power laser transmitter for ground-based and airborne water-vapor measurements in the troposphere

dc.contributor.advisor	Wulfmeyer, Volker	de
dc.contributor.author	Schiller, Max	de
dc.date.accepted	2009-07-05
dc.date.accessioned	2024-04-08T08:43:50Z
dc.date.available	2024-04-08T08:43:50Z
dc.date.created	2010-06-09
dc.date.issued	2009
dc.description.abstract	A gain-switched high-power single-frequency Ti:sapphire laser was developed. It is pumped with a frequency-doubled diode-pumped Nd:YAG laser. The laser fulfills the requirements for a transmitter of a water-vapor differential absorption lidar (DIAL), intended for accurate high temporally- and spatially-resolved measurements from the ground to the upper troposphere. The laser was developed using thermal, resonator-design, spectral, and pulse-evolution models. There were layouts assembled for operation at 935 nm and 820 nm optimized for airborne and groundbased measurements, respectively. A birefringent filter and an external-cavity diode laser as an injection seeder are controlling the spectral properties of the transmitter. With a frequency stability of < 60 MHz rms, an emission bandwidth of < 160 MHz, and a spectral purity of > 99.7 %, the total error from the laser properties is smaller than 5 % for water-vapor measurements in the troposphere. The laser beam profile is near-Gaussian with M2 < 2. The achieved laser power was 4.5 W at 935 nm and 7 W at 820 nm at repetition rate of 250 Hz. These values are the highest reported for a single-frequency Ti:sapphire laser. As a part of a ground-based water-vapor DIAL system, the transmitter was deployed during the measurement campaign COPS (Convective and Orographically-induces Precipitation Study). Comparisons with radiosondes confirmed a high precision of the acquired water-vapor day- and nighttime measurements.	en
dc.description.abstract	Ein verstärkungsgeschalter leistungsstarker monofrequenter Ti:Saphir-Laser, der mit einem frequenzverdoppeltem diodengepumpten Nd:YAG Laser gepumpt ist, wurde entwickelt. Der Laser erfüllt die hohen Anforderungen eines Transmitters für ein Wasserdampf-Differential-Absorption-Lidar (DIAL), der mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung Messungen innerhalb der Troposphäre durchführen soll. Für die Entwicklung des Lasers wurden Modelle für die thermischen Eigenschaften, das Resonatordesign, das Emissionspektrum sowie den Pulsaufbau verwendet. Es wurden Laseraufbauten gefertigt, die für den Einsatz bei 935 nm für Flugzeug-Plattformen bzw. 820 nm für bodengestützte Messungen optimiert sind. Ein doppelbrechender Filter und ein External-Cavity-Diodenlaser als Injection-seeder sorgen für die hohe Güte der spektralen Eigenschaften des Senders. Mit einer Frequenzstabilität < 60 MHz rms, einer Bandbreite < 160 MHz und einer spektralen Reinheit > 99,7 % ist der Gesamtfehler der Wasserdampfmessungen in der Troposphäre, der durch die Eigenschaften des Lasers bedingt ist, kleiner als 5 %. Werte der mittleren Ausgangsleistung von 4,5 W bei 935 nm und 7 W bei 820 nm sind die zur Zeit höchsten, die von einem monofrequenten Ti:Saphir-Laser mit nahezu gaussförmigem Strahlprofil und M2 < 2 erreicht wurden. Als Teil eines bodengestützten Wasserdampf DIALs, wurde der Transmitter während der Messkampagne COPS (Convective and Orographically-induces Precipitation Study) verwendet. Vergleiche von Messungen bei Tag und bei Nacht mit Radiosondenaufstiegen zeigten gute Übereinstimmungen.	de
dc.identifier.swb	324063598
dc.identifier.uri	https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/5339
dc.identifier.urn	urn:nbn:de:bsz:100-opus-4542
dc.language.iso	eng
dc.rights.license	cc_by-nc-nd	en
dc.rights.license	cc_by-nc-nd	de
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
dc.subject	DIAL	en
dc.subject	Ti:sapphire laser	en
dc.subject	High-power laser	en
dc.subject	Tunable laser	en
dc.subject	Single-frequency laser	en
dc.subject	Leistungsstarker Laser	de
dc.subject.ddc	530
dc.subject.gnd	DIAL	de
dc.subject.gnd	Titan-Saphir-Laser	de
dc.subject.gnd	Abstimmbarer Laser	de
dc.subject.gnd	Pumpen	de
dc.subject.gnd	Einmodenlaser	de
dc.title	A high-power laser transmitter for ground-based and airborne water-vapor measurements in the troposphere	de
dc.title.dissertation	Ein leistungsstarker Lasertransmitter für boden- und luftgestützte Wasserdampfmessungen innerhalb der Troposphäre	de
dc.type.dcmi	Text	de
dc.type.dini	DoctoralThesis	de
local.access	uneingeschränkter Zugriff	en
local.access	uneingeschränkter Zugriff	de
local.bibliographicCitation.publisherPlace	Universität Hohenheim	de
local.faculty.number	1	de
local.institute.number	120	de
local.opus.number	454
local.university	Universität Hohenheim	de
local.university.faculty	Faculty of Natural Sciences	en
local.university.faculty	Fakultät Naturwissenschaften	de
local.university.institute	Institute for Physics and Meteorology	en
local.university.institute	Institut für Physik und Meteorologie	de
thesis.degree.level	thesis.doctoral

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