Relaxationseffekte der CRISTA-Infrarotdetektoren und ihre Korrektur
Das nach dem Verfahren der Horizontsondierung messende Satellitenexperiment
CRISTA (CRyogene Infrarot Spektrometer und Teleskope für die Atmosphäre)
war Bestandteil der Space-Shuttle Missionen STS-66 (November 1994)
und STS-85 (August 1997). Im Wellenlängenbereich 4-71 Mikrometer wurden
Infrarotemissionen von Spurengasen in der mittleren und oberen Erdatmosphäre
(10-180 km) gemessen. Zum ersten Mal wurden drei Blickrichtungen eingesetzt,
um eine möglichst gute räumliche Meßauflösung zu erreichen.
Um außerdem eine möglichst hohe Meßgeschwindigkeit zu gewährleisten, wurde
das Instrument mit kryogenem Helium gekühlt. Während des ersten Fluges wurden
23 Si:Ga und 3 Ge:Ga Detektoren bei Temperaturen zwischen 2,5 und 13 K
betrieben, während des zweiten Fluges 17 Si:Ga, 3 Ge:Ga und 9 Si:As BIB
Detektoren.
Hauptsächlich verursacht durch die Kontaktierung der Detektorkristalle
zeigen die verwendeten Detektortypen nichtstationäres Verhalten
(Relaxationseffekte), das die gemessenen Infrarotspektren verfälscht.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Korrekturmodell für die Si:Ga Detektoren
entwickelt, das auf im Labor gemessenen Sprungantworten der Detektoren
basiert. Dieses Modell wurde anhand spezieller Flug- und Eichspektren
validiert und der Einfluß der Korrektur auf abgeleitete Atmosphärentemperaturen
und Spurengasmischungsverhältnisse von CRISTA 1 untersucht.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Abschätzung von Relaxationseffekten der
Ge:Ga Detektoren vorgeschlagen.
CRISTA (CRyogenic Infrared Spectrometers and Telescopes for the Atmosphere)
is a limb sounding satellite experiment which was flown twice as part of the
space shuttle missions STS-66 (November 1994) and STS-85 (August 1997).
Infrared emissions of a number of trace gases were measured at wavelengths
of 4-71 micrometer in the middle and upper atmosphere in an altitude interval
of 10-180 km. The main goal of the two missions was to achieve an
unprecedented spatial resolution using three viewing directions.
To allow high measurement speed the instrument is cooled by cryogenic He.
During the first flight 23 Si:Ga and three Ge:Ga bulk infrared detectors were
operated at temperatures between 2.5 and 13 K. During the second flight
17 Si:Ga, three Ge:Ga bulk and 9 Si:As BIB detectors were used.
Mainly due to the contacts of the detector crystals the measured detector
signals show nonstationary behaviour (relaxation effects) which degrade the
measured spectra to some extent.
A model based on step responses measured during the calibrations of the
instrument has been developed for the Si:Ga detectors to reduce these effects.
This model has been tested using special measurement modes during the
flights as well as calibration spectra.
For the Ge:Ga detectors a method for estimation and correction of
occuring relaxation effects is also presented.
Finally the impact of the correction on CRISTA I temperatures and
trace gas mixing ratios is shown.