Entwicklung und Implementierung eines Cavity-Enhanced-Spektrometers am Wind-Wellen-Kanal

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein resonatorverstärktes Spektrometer (englisch: Cavity- Enhanced Spectrometer, hier: CE-Spektrometer) zur Messung der Gasaustauschgeschwindigkeit UV-aktiver Substanzen aufgebaut und im großen Heidelberger Wind-Wellen-Kanal zum Einsatz gebracht. Das CE-Spektrometer besteht im Wesentlichen aus einem optischen Resonator, einer Deuteriumlampe und einem Gitterspektrometer, die durch eine Spannvorrichtung quer zur Windrichtung im Luftraum des Kanals montiert wurden. Durch den Resonator können optische Weglängen von bis zu 40m bei gleichzeitig kompakter Bauweise von nur 80 cm realisiert werden. Für geringe Spurenstoffkonzentrationen ist die effektive optische Weglänge größer als für hohe Konzentrationen. Dadurch erreicht das CE-Spektrometer eine höhere Dynamik, als ein konventieneller Spektrometeraufbau ohne Resonator. Die für Gasaustauschmessungen benötigten relativen Tracerkonzentrationen können mit einer Auflösung von 1 Hz bestimmt werden. Zum Test des CE-Spektrometers wurden Gasaustauschraten von 1,4-Difluorbenzol gemessen und mit Ergebnissen eines bestehenden konventionellen Aufbaus verglichen. Der Vergleich hat die Einsatzfähigkeit der neuen Methode bestätigt. Das CE-Spektrometer bietet die Möglichkeit, durch Messung kurzzeitiger und lokaler Variationen in den Gaskonzentrationen, Einblicke in die intermittente Natur des Gastransports zwischen Ozean und Atmosphäre zu erhalten.