Dott.ssa Antonella Boselli
Laboratorio di Fisica Laurea Magistrale
Esperienza di Laboratorio di Fisica Atomica ed Applicazioni Laser
Laboratorio di Fisica Atomica ed Applicazioni Laser
I fasci laser possono essere utilizzati per
studiare la composizione e lo stato fisico
dell’atmosfera.
In che modo?
Utilizzando i processi di assorbimento, emissione o
diffusione della radiazione elettromagnetica da parte
della materia per studiare qualitativamente e/o
quantitativamente la materia o per studiare i processi
fisici.
Tecnica LIDAR di Remote Sensing
Tecnica efficace e ben nota
Misura non invasiva di diversi parametri e della
distanza del bersaglio
Osservazioni in tempo reale con elevata risoluzione
spaziale e temporale
Particolato atmosferico
Climatologia
Qualità dell’aria
Fisica delle nubi
Chimica e Fisica dell’atmosfera
AEROSOL: sospensione di materiale solido o liquido,
con bassa velocità di sedimentazione, in un mezzo
gassoso, nel nostro caso l’aria.
A causa delle loro piccole
dimensioni,
gli
aerosol
restano sospesi in atmosfera
per tempi più o meno lunghi.
AEROSOL: Rivestono un ruolo estremamente importante
nell’atmosfera, specialmente in termini di controllo del
bilancio radiativo terrestre
Influenzano il clima :
Direttamente attraverso la riflessione e l’assorbimento della
radiazione solare ed infrarossa nell’atmosfera.
Indirettamente in quanto possono alterare le caratteristiche delle
nubi, in quanto fungono da nuclei di condensazione.
La tecnica LIDAR per lo studio degli AEROSOL
Per studiare i meccanismi che governano la formazione degli aerosol,
il loro trasporto, la sedimentazione e in generale la loro influenza nei
processi atmosferici.
Misure regolari su tempi lunghi consentono di caratterizzare gli
aerosol tipicamente presenti su un sito di misura e di valutare la
variabilità stagionale ed annuale di molti parametri di interesse legati
alle proprietà ottiche degli aerosol.
Atmosphere
LASER
Collimation lens
TELESCOPE
Pin-hole
MON
FI
Spectral selection
MON
FI
PMT
Detection
Time
PMT
Time
Acquisition
L’ampiezza del segnale ricevuto è determinata dalle proprietà di
retrodiffusione dell’atmosfera nelle successive stratificazioni
attraversate, ed anche dall’attenuazione nei percorsi di andata e
ritorno.
Misure risolte in quota su tempi lunghi consentono inoltre di avere
informazioni sulla evoluzione nello spazio e nel tempo degli strati
atmosferici .
Basics of LIDAR
Transmitter
Recevier
Laser power
Telescope surface
Overlap function
Backscatter coefficient
Extintion coefficient
100
Field Of View
1/ξ(λ,z)
M1
M2
Signal, a.u.
Laser beam divergence
MS
D
Nd:YAG laser source
Il segnale a bassa quota
è sottostimato se non si
conosce la funzione di
sovrapposizione.
200
300
400
1
500
m
ξ =(z) Funzione di sovrapposizione
Lc
PMT
Oscilloscope
MP
L’approccio analitico richiede delle ipotesi che non sono
verificate in un sistema lidar reale.
Un approccio alternativo richiede l’uso di un software di
ray tracing basato sul calcolo del percorso fatto dalla luce
attraverso l'interazione con le diverse superfici ottiche.
Non esistendo accurati metodi pratici per conoscere
questa funzione, essa può essere ricavata solo
sperimentalmente.
Una parte dell’esperienza di laboratorio contemplerà la
realizzazione di misure sperimentali indirizzate alla
misura della funzione di sovrapposizione.
Verranno realizzate misure sperimentali dopo aver preso
confidenza in laboratorio con i diversi sottosistemi del
lidar.
Quindi verranno fornite agli studenti le informazioni di
base per poter ricavare dai segnali lidar misurati la
funzione di overlap attraverso un approccio di tipo
iterativo.
L’attività sperimentale includerà anche la realizzazione di
misure dedicate alla verifica del test di Telecover
utilizzato per ottimizzare il ricevitore ottico del sistema.
Il test comprende la realizzazione di
misure consecutive corrispondenti ai
diversi quadranti del telescopio.
Il confronto fra i segnali lidar misurati consente di
evidenziare differenze di trasmissione del ricevitore
ottico dipendenti dalla quota.
La funzione di sovrapposizione è la più ovvia
caratteristica che differenzia i quattro i segnali di
telecover.
I segnali di telecover normalizzati dovranno risultare
sovrapposti al di sopra del range di overlap.
Ny-Alesund (Spitsbergen)
