본문 바로가기
KERD
논문KCI 등재

타원편광 라이다 개발 및 이를 이용한 에어로졸과 구름의 특성 측정

Measurement of Aerosols and Ice Clouds Using Ellipsometry Lidar

김덕현|정해두|세르게이 볼코브
한국광학회|2015.02|한국광학회지 (Korean Journal of Optics and Photonics)|제26권 제1호|pp. 9-16

0

조회

0

다운로드

1

인용

0

참고문헌

키워드

PolarizationAerosol편광에어로졸타원편광라이다얼음 구름후방산란 뮬러 메트릭스Ellipsometry lidarIce cloudBackscattering Mueller Matrix
주제분류물리학

초록

얼음 구름과 에어로의 후방산란 특성을 측정할 수 있는 타원 편광라이다를 구성하고 이를 이용하여 에어로졸과 얼음 구름의특성을 측정하였다. 규격화된 전체 후방산란 뮬러 행렬을 구하기 위하여 3 개의 광학계(λ/4 파장판, λ/2 파장판, 그리고 빈 공간)로 구성된 조사 광학계와 같은 구조로 된 수신광학계를 통하여 총 9 개의 라이다 시스템을 구축하였다. 구축된 광학계의 체계적오차를 구하기 위하여 에어로졸의 농도가 낮은 높은 고도의 9 개의 라이다 신호를 이용하였다. 9 개의 라이다 신호를 이용하여5 개의 광학계 설치 오차(offset angle)와 무질서하게 배열된 에어로졸에 대한 뮬러 메트릭스 요소(2 개)를 찾아내었다. 광학장치를 검정한 후 얼음구름과 에어로졸에서 NBSPM (Normalized Backscattering Phase Matrix)를 구하였으며, 그 결과 에어로졸의경우 입자의 방향성과 관계되는 NBSPM 의 비대각 행렬이 얼음 구름의 그것보다 작음을 알 수 있었다. 그리고 권운의 경우에도NBSPM 의 비대각 행렬이 변하는 기상 조건에 따라 달라지는 것을 볼 수 있었다.

Abstract

We have developed ellipsometry lidar and measured aerosol and ice-cloud characteristics. To measure a full normalizedbackscattering phase matrix (NBSPM) composed of nine elements, we have designed an optical system with three kinds oftransmission and three kinds of reception, composed of λ/2 waveplate, λ/4 waveplate and empty optic. To find systematic opticalerrors, we used clean day middle-altitude (4-6km) lidar signals for which the aerosol’s concentration was small and its orientationchaotic. After calibrating our lidar system, we have calculated NBSPM elements scattered from an aerosol and from an ice cloud. In the case of an aerosol, we found that the off-diagonal values m12,...,m34 of the NBSPM are smaller than those for a cirruscloud. Also, the off-diagonal values of the NBSPM from a cirrus cloud depend on atmospheric conditions.

참고문헌 (21)

  1. N. Sugimoto, "Measurement of water cloud particle size with a dual-polarization pulsed bistatic lidar", Optical Review, 8, pp.476~479 (2001)
  2. 이혜정, "백령도, 문산, 군산의 라이다로 측정한 에어로졸 연직분포-2010년 5월 10~11일 황사를 중심으로-", 대기, 23(4), pp.519~526 (2013), 한국기상학회[DOI]
  3. 노영민, "지상 라이다를 이용한 대기중 꽃가루 분포 실시간 모니터링", 대한원격탐사학회지, 28(1), pp.1~9 (2012), 대한원격탐사학회
  4. N. Sugimoto, "Continuous observations of aerosol profiles with a two-wavelength mie-scattering lidar in Guangzhou in PRD2006", J. Appl. Meteor. Climatol, 48, pp.1822~1830 (2008)
  5. N. Sugimoto, "Observation of dust and anthropogenic aerosol plumes in the Northwest Pacific with a two-wavelength polarization lidar on boardthe research vessel Mirai", Geophys. Res. Lett, 29, pp.1901~1904 (2002)
  6. M. D. Guasta, "Use of polarimetric lidar for the study of oriented ice plates in clouds", Appl. Opt, 45, pp.4878~4887 (2006)
  7. B. V. Kaul, "Investigating particle orientation in cirrus clouds by measuring backscattering phase matrices with lidar", Appl. Opt, 43, pp.6620~6628 (2004)
  8. Y. Balin, "Application of circularly polarized laser radiation for sensing of crystal clouds", Opt. Express, 17, pp.6849~6859 (2009)
  9. G. Roy, "On linear and circular depolarization LIDAR signatures in remote sensing of bioaerosols: Experimental validation of the Mueller matrix for randomly oriented particles", Opt. Eng, 50, pp.126001~126010 (2011)
  10. 김덕현, "최적화 기법을 이용한 두 개의 회전하는 사분파장판으로 구성된 타원편광분석기에서의 체계적인 오차 보정", 한국광학회지, 25(1), pp.29~37 (2014), 한국광학회
  11. H. C. van de Hulst, "Light Scattering by Small Particles" (1957), Chapman & Hall, Ltd
  12. S. Asano, "Light scattering by randomly oriented spheroidal particles", Appl. Opt, 19, pp.962~974 (1980)
  13. M. I. Mishchenko, "Depolarization of light backscattered by randomly oriented nonspherical particles", Opt. Lett, 20, pp.1356~1358 (1995)
  14. C. F. Bohren, "Absorption and Scattering of Light by Small Particles" (1983), Wiley
  15. Y. S. Balin, "Observations of specular reflective particles and layers in crystal clouds", Opt. Express, 19, pp.6209~6214 (2011)
  16. A. Borovoi, "Layers of quasi-horizontally oriented ice crystals in cirrus clouds observed by a twowavelength polarization lidar", Opt. Express, 22, pp.24566~24573 (2014)
  17. D. N. Romashov, "Determination of the axially symmetric elongated particles orientation from data of polarization sounding", Atmos. Oceanic Opt, 6, pp.515~518 (1993)
  18. B. V. Kaul, "Studies of ice crystal clouds through lidar measureements of backscattering matrics", Atmos. Oceanic Opt, 6, pp.325~332 (2003)
  19. S. Spuler, "Measuring backscatter phase matrices of oriented scatterers", Opt. Express, 20, pp.29553~29567 (2012)
  20. J. D. Klett, "Stable analytical inversion solution for processing lidar returns", Appl. Opt, 20, pp.211~220 (1981)
  21. F. G. Fernald, "Analysis of atmospheric lidar observations:Some comments", Appl. Opt, 23, pp.652~653 (1984)

관련 논문AI추천

구름에서의 다중산란효과 계산 및 이를 이용한 구름 물리변수 원격 추출 방법 연구김덕현, 박선호, 최성철한국광학회 · 한국광학회지2014 · 제25권 제1호항공기 구름 관측에 사용되는 전방산란 관측 기기의 정확도 향상을 위한 구름입자의 광학적 특성 계산엄준식한국기상학회 · 대기2020 · 제30권 제1호비구형 빙정의 단일산란 특성 계산: 물리적으로 일관된 구름 미세물리와 복사를 향하여김정규, 박성민, 엄준식, 이윤서, 장성현, 정희정, 한수지한국기상학회 · 대기2021 · 제31권 제1호라만-탄성 라이다를 이용한 황사 및 오염 에어러솔의 라이다 비 측정 연구김만해, 김상우, 윤순창, 이영지, Nobuo Sugimoto한국기상학회 · 대기2011 · 제20권 제4호에어로졸 광학깊이를 이용한 에어로졸 크기분포 추출 연구김덕현한국광학회 · 한국광학회지2018 · 제29권 제4호라이다와 스카이 라디오미터 관측 자료를 이용한 서울지역 라이다 비의 특성 분석김만해, 김상우, 손병주, 윤순창, Nobuo Sugimoto한국기상학회 · 대기2011 · 제21권 제2호

이 간행물의 다른 논문 (6건)

심혈관 OCT의 임상적 응용김중선, 하진용, 홍명기pp. 1-8사각면 코너 큐브 재귀 반사체의 반사출력광 특성 및 응용정용범, 김영훈, 오범환pp. 17-22수술현미경에서의 다중형광영상을 이용한 뇌종양과 혈관영상 검출 시스템 연구이현민, 권기철, 이승훈, 신민선, 김석기, 김홍래, 윤웅배, 유헌, 김광기, 김영재pp. 23-29섬광의 복사온도 측정 장치의 설계 및 제작진정호, 박승만, 양희원, 한승오pp. 30-37반사도 가변형 출력경을 갖는 긴 공진기형 선편광 Yb:YAG 레이저의 출력 특성 연구김현수, 임한범, 김현철pp. 38-43
원문 보기