g Å Òõ † < Æl Õ ü t" é ¶ “ ¦1 p xF g l Õ ü tƒ ½ ¨™ è, F g Å Ò 500-721

6

M  ú n Þ T  ˜ m× D½ Û
 Ò Þy ¢å ¾ ˕ ¤ù p §  ü” X ¢ ° Ë Ñ] K ¡X ì Ä Ì ¦ Rß f Ä{ ¢N ' [ S Ë S ­ Žy ð  4 ®  o

L |) ç Œ ‰ x ^∗ · z | ¡# Ü  · T  ø ¶ B * >

F 

g Å Òõ † < Æl Õ ü t" é ¶ “ ¦1 p xF  g l Õ ü tƒ  ½ ¨™ è, F  g Å Ò 500-721



™ »%
g ` @ · 0 ï FM 

ô

 Dz D G" é ¶  § 4 ƒ  ½ ¨™ è € ª œ  F  g † < Æl Õ ü t > hµ 1 Ï Ò, @ /„   305-600 (2005¸   11 Z 4 21{ 9  ~ à Î6 £ §, 2005¸   12 Z 4 15{ 9  þ j7 á x‘ : r ~ à Î6 £ §)

@

/l ×  æ \  ” > r F    H s í ß – o S !  0 l x • ¸\  ¦ › ' a8 £ ¤ l  0 AK  s 1 l x+ þ A DIAL (DIfferential Absorption LIDAR) r

Û ¼% 7 ›`  ¦ > hµ 1 Ï % i  . F  g " é ¶ Ü ¼– Ð Nd : YAG 2  › ¸ o \  ¦ * 3 i ç " é ¶ Ü ¼– Ð ô  Ç ¿ º  © œ Ò  o™ èY Us $ \  ¦  6   x

% i “ ¦, › ¸   Ö  ¦`  ¦ : Ÿ x K  3 " é ¶& h “   / B N ç ß – ì  r Ÿ í\  ¦ › ' a8 £ ¤ % i  . > hµ 1 Ï  ) a r Û ¼% 7 ›_   € ª œ“ É r  Ž Ø  ¦ ô  Ç> 

5 ppb s  s “ ¦, 8 £ ¤& ñ  o   H 5 m ì  r K 0 p x Ü ¼– Ð 2 km  t  › ' a8 £ ¤ 0 p x % i  . s \  ¦ s 6   x # Œ & ñ Ä »/ B N é ß – t

% i \ " f_  s í ß – o S !  0 l x • ¸\  ¦ › ' a8 £ ¤ # Œ Õ ª   õ \  ¦
 ? /% 3  . > hµ 1 Ï  ) a r Û ¼% 7 ›`  ¦ s 6   x # Œ › ' a8 £ ¤ ) a    õ

  H @ /l  S X ‰ í ß – — ¸4 S qa A_  ×  æ כ ¹ô  Ç œ íl   « і Ð  Ö ¸6   x 0 p x o   # Œ ”   .

PACS numbers: 42.62.J, 42.68.Wt, 94.10.Gb Keywords: DIAL, s í ß – o S ! , Ò  o™ èY Us $ 

I. " e  ] Ø

í

ß –\ O s  µ 1 ϲ ú ˜ €  " f @ /é ß –0 A / B N é ß –s 
 @ /• ¸r  1 p x õ  ° ú   s

 ¨ 8 Š ⠚ ¸% i Ó ü t| 9 _  C Ø  ¦ s  7 £ x ÷ &  H t % i \ " f š ¸% i Ó ü t| 9 

\

 @ /ô  Ç ´ òÖ  ¦& h “   › ' a o  € 9 כ ¹$ í s  & h & h   8 7 £ x ÷ &# Q t “ ¦ e ”

 . : £ ¤ y  s í ß – o S ! _   â Ä º í ß –\ O  o÷ &€  " f Õ ª 0 l x • ¸   



o| ¾ Ós  / å L5 Å q y  7 £ x    H Æ Ò[ js  . s  Û ¼  H ŠҖ Ð í ß –\ O  r

[ O s 
 è ß –~ ½ Ó`  ¦ 0 AK   6   x ÷ &  H  o$ 3 ƒ  « Ñ_  ƒ  ™ èõ & ñ õ  ]

jº  / B N  © œ, ] jt / B N  © œ, & ñ Ä »/ B N  © œ 1 p x \ " f f ” ] X  C Ø  ¦ ) a  . s 

Û ¼  H & h “ É r 0 l x • ¸\ " f• ¸ d ” y Œ •ô  Ç K \  ¦ z u   H Ä »1 l q ô  Ç Ó ü t

| 9

– Ð+ ‹ | » ¡ ¤, F K5 Å q F « Ñ\   Òd ” `  ¦  l  “ ¦ f ” Ó ü t _  $ í | 9 

`

 ¦ €  • or v  9  _  — ¸Ž  H d ” Ó ü t _  › ¸f ” \  x K \  ¦ Šҍ  H  כ Ü

¼– Ð · ú ˜ 94 R e ”   [1]. s í ß – o S !  í ß – oÓ ü t“   { 9   © œ S ! í ß –% i  (Sulfate aerosol)“ É r { 9   © œ Ó ü t| 9  ×  æ _   © œ{ © œ  Òì  r`  ¦ t 

 9, r • ¸ (Visibility)\  ¦ $  r ~  ´ ÷  r ë ß –  m   @ /l 

×

 æ \  ” > r F    H à ºì  r õ  ì ø Í6 £ x # Œ H

2

SO

₃

ü < H

2

SO

₄

\  ¦ Ò q t

$ í

, í ß –$ í q _  Å Òכ ¹ כ ¹“  Ü ¼– Ð  Œ •6   x ô  Ç . í ß –$ í q   H í ß –a Ë >_ 

$ í

 © œ`  ¦ y Œ ™™ èr v “ ¦, ž Ѐ ª œõ  …  ;`  ¦ í ß –$ í  or ~  ´ ÷  r ë ß –   m

  t  Ã º
  G \  ¦ : Ÿ x K  “  ^ ‰\  f ” ] X  [ O 2 [÷ &# Q | 9 # î

`

 ¦  l  r v l • ¸ ô  Ç . t è ß – à ºz   ¸   1 l x î ß – ´ ú §“ É r ² D G \ 

"

f @ /• ¸r _  s í ß – o S !  0 l x • ¸\  ¦ ×  ¦ s l  0 AK   o$ 3  ƒ  « Ñ ×  æ S !

† < ÊÄ »| ¾ Ó`  ¦ ½ ©] j # Œ “ : r   õ , • ¸d ” t % i \ " f C Ø  ¦ ÷ &  H

∗

E-mail: [email protected]

s

í ß – o S !  0 l x • ¸  H r & h  à ºï  r Ü ¼– Ð y Œ ™™ è % i  . Õ ª Q
 /

B

N é ß –t % i \ " f ƒ  « Ñ ×  æS ! † < ÊÄ »| ¾ Ó`  ¦ ½ ©] j   H X <\   H z  ´| 9 

&

h Ü ¼– Ð ô  Ç>  e ”  . s  Qô  Ç s Ä »– Ð / B N é ß –t % i \ " f s í ß –



o S !  C Ø  ¦`  ¦ ] j# Q l  0 Aô  Ç ’  ø @$ í e ”   H 8 £ ¤& ñ ~ ½ ÓZ O s  כ ¹

½

¨÷ &# Q t “ ¦ e ”  . l ” > r _  8 £ ¤& ñ ~ ½ ÓZ O “    o† < Æ& h  ~ ½ ÓZ O _   â Ä

º,  6   x s  q “ §& h  ç ß –é ß – “ ¦ s 1 l x s  6   x s ô  Ç  © œ& h s  e ” Ü ¼

,  © œl & h s “ ¦ ƒ  5 Å q& h “   8 £ ¤& ñ \   H  Ò& h ½ + Ëô  Ç é ß –& h s  e ” 



. ¢ ¸ô  Ç s  ~ ½ ÓZ O “ É r š ¸% i  C Ø  ¦" é ¶ Šҁ  _  r « Ñ\  ¦ ² D G t & h  Ü

¼– Ð Ÿ í| 9  # Œ Õ ª 0 l x • ¸\  ¦ í ß –Ø  ¦ l  M :ë  H \  š ¸% i Ó ü t| 9 _  S X

‰ í ß –s 
 s 1 l x \  @ /ô  Ç & ñ ˜ Ð\  ¦ ] j/ B N l \   H ´ ú §“ É r # Q 9

¹

¡

§`  ¦ t “ ¦ e ”  . s  Qô  Ç ë  H ] j\  ¦ K   ½ + É Ã º e ”   H Ä »6   x ô

 Ç ~ ½ ÓZ O Ü ¼– Ð Y Us $ \  ¦ s 6   x ô  Ç " é ¶  @ /l  8 £ ¤& ñ ~ ½ ÓZ O s  @ /

¿

º÷ &% 3 “ ¦, : £ ¤ y  DIAL (DIfferential Absorption LIDAR)) l

Õ ü t“ É r / B N é ß –t % i _  š ¸% i Ó ü t| 9 `  ¦ 8 £ ¤& ñ   H X <\  ´ òõ & h Ü ¼

–

Ð s 6   x ÷ &“ ¦ e ”   [2-5]. ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f  H > hµ 1 Ï  ) a DIAL r  Û

¼% 7 ›`  ¦ s 6   x # Œ & ñ Ä »/ B N  © œs  x 9 | 9  ) a / B N é ß –t % i \ " f C Ø  ¦

÷

&  H s í ß – o S !  0 l x • ¸ü < Õ ª Šҁ  _  0 l x • ¸\  ¦ 8 £ ¤& ñ % i “ ¦, µ 1 Ï Ò q

t   H š ¸ \  @ /K " f  7 H % i  .

II. DIAL T Â ] Ø

@

/l  ×  æ Ü ¼– Ð Y Us $ \  ¦ › ¸ ô  Ç Ê ê Ê ê~ ½ Ó í ß –ê ø Í÷ &# Q [  t  

š

¸  H F  g  _  à º  H  6 £ § õ  ° ú  s  ³ ð‰ & ³ ) a  [4].

P (R, λ

i

) = E

0

ηAξR/E

p

∆R/R

²

β(R, λ

i

)

-35-

exp[−2 Z

R

0

n

₀

(R

⁰

)σ

₀

(λ

_i

) + α

_x

(R

⁰

, λ

_i

)dR

⁰

] (1) P(R,λ

_i

): S \ ‰1 p q ) a Ê ê~ ½ Óí ß –ê ø Í ’    ñ

λ

i

: @ /l ×  æ Ü ¼– Ð › ¸   ) a Y Us $ _    © œ E

0

: Y Us $ _  ` O Û ¼ \  -t 

η: F  g  Ž Ø  ¦ l ü < l   F  g † < Æ> \  ¦ Ÿ í† < Ê   H à º’  F  g † < Æ> _ 

´ òÖ  ¦

A: à º’   } © œ" é ¶ â _  €  & h 

ξ(R): ×  æ^ o ? † < Êà º (overlap function) E

p

= hc/λ

i

: é ß –0 A F  g  { © œ \  -t 

∆R:  o  ì  r K 0 p x

β(R,λ

i

): Ê ê~ ½ Óí ß –ê ø Í> à º (backscattering coefficient) σ

₀

(λ

_i

): 8 £ ¤& ñ “ ¦    H Ó ü t| 9 _  f  ¨ à ºé ß –€  & h  (absorption cross-section)

n

0

(R): 8 £ ¤& ñ “ ¦    H Ó ü t| 9 _  à ºx 9 • ¸(number density) α

x

(R,λ

i

): / B N l ì  r  
 \ # Q– Ða % ¦ \  _ ô  Ç ™ èí ß –> à º (ex- tinction coefficient)

×

 æ^ o ? † < Êà º  H 8 £ ¤& ñ # 3 0 Aü <  Ž Ø  ¦ l  ç ß –_  q ‚  + þ A$ í `  ¦ ˜ Ð

&

ñ l  0 AK  “ ¦ 9ô  Ç . ×  æ^ o ? † < Êà º  H Y Us $ _  c ”  µ 1 Ïí ß –y Œ • (beam divergence) õ  } © œ" é ¶ â _  r y Œ • (field of view)\  _  K

   & ñ  ) a  . 7 £ ¤, c ”  µ 1 Ïí ß –y Œ •õ  } © œ" é ¶ â r y Œ •_  ×  æ^ o ?s  ¢ - a

„

 y  s À Ò# Qt t  · ú §  H   H  o \ " f 0 õ  1  s _  ° ú כ`  ¦ t

m “ ¦, ×  æ^ o ?s  ¢ - a„  y  s À Ò# Qt   H " é ¶  o \ " f 1_  ° ú כ`  ¦ t

   . ‘ : r ƒ  ½ ¨\  ¦ 0 AK  > hµ 1 Ï  ) a r Û ¼% 7 ›_  ×  æ^ o ? † < Êà º  H 160 m s Ê ê Ò'  1_  ° ú כ`  ¦ ”    [6]. DIAL r Û ¼% 7 ›_   â Ä

º 8 £ ¤& ñ Ó ü t| 9 \  _ K  f  ¨ à º  H / B N" î   © œ(λ

on

) õ  Õ ªü < “   ] X

 t ë ß – f  ¨ à º & h >  { 9 # Q
  H q / B N" î   © œ(λ

^{of f}

)`  ¦   6

 

x Ù ¼– Ð ¿ º > h_  Ê ê~ ½ Ó í ß –ê ø ͒    ñ P(R,λ

^on

) õ  P(R,λ

^{of f}

\

 ¦ % 3   H  .

P (R, λ

_on

) = E

₀

ηAξ(R)/E

_p

∆R/R

²

β(R, λ

_on

)

Fig. 1. Absorption spectrum of sulfur dioxide (Brassing- ton, 1981)

exp[−2 Z

R

0

n

₀

(R

⁰

)σ

₀

(λ

_i

on) + α

_x

(R

⁰

, λ

_on

)dR

⁰

] P (R, λ

_i

of f ) = E

₀

ηAξ(R)/E

_p

∆R/R

²

β(R, λ

_{of f}

)

×exp[−2 Z

R

0

n

₀

(R

⁰

)σ

₀

(λ

_{of f}

) + α

_x

(R

⁰

, λ

_{of f}

)dR

⁰

] (2) d ”

 (2)ü < d ”  (1)– Ð Â Ò'  8 £ ¤& ñ Ó ü t| 9 _  à ºx 9 • ¸  H  6 £ § õ  ° ú   s

 ½ ¨½ + É Ã º e ”  .

n

0

(R) = 1/2∆R∆σ[Z(R, λ

on

) − Z(R, λ

of f

)]

−1/2∆R∆σ[B(R, λ

on

) − B(R, λ

of f

)]

− α

on

(R) − α

of f

(R)/∆σ

0

(3)

#

Œl " f, Z(R,λ

ⁱ

) = ln[P(R,λ

i

)/P(R+∆R,λ

i

)] s “ ¦, B(R,λ

_i

) = ln[β(R,λ

_i

)/β(R+∆R,λ

_i

)] \  ¦
  · p . ¢ ¸ô  Ç

∆σ

0

  H ‚  × þ ˜ ) a / B N" î   © œ (λ

^on

) õ  q / B N" î   © œ (λ

^{of f}

)   s

\ " f µ 1 ÏÒ q t   H f  ¨ à ºé ß –€  & h  s \  ¦
  · p  (∆σ

0

= σ

0

(λ

on

-σ

0

(λ

of f

)). @ /l ×  æ / B N l ì  r  ü < \ # Q– Ða % ¦ \  _ ô  Ç Ê

ê~ ½ Óí ß –ê ø Íõ  ™ èí ß –`  ¦
 ? /  H B † ½ Óõ  α † ½ ӓ É r r / B N ç ß –& h    



o ß ¼ 9, 8 £ x @ /À Ó Ý ¶ _   â Ä º s  Qô  Ç    o  H @ / Òì  r \ 

#

Q– Ða % ¦ \  l “  ô  Ç . Õ ªX O l  M :ë  H \  / B N l ì  r  \  _ ô  Ç ´ ò õ

  H ³ ðï  r @ /l   « Ñ
 l Ê ê  « Ñ\  ¦ s 6   x ½ + É Ã º e ” Ü ¼
,

\

# Q– Ða % ¦ \  _ ô  Ç ´ òõ   H 8 £ ¤& ñ # Œ ˜ Ð& ñ K  Å Ò# Œ  ô  Ç .

Õ

ª Q
 / B N" î /q / B N" î   © œ s   _  \ O   H DIAL r Û ¼

% 7

›_   â Ä º (300 nm/299.5 nm), 8 £ ¤& ñ Ó ü t| 9 _  0 l x • ¸ > í ß – õ

& ñ \ " f \ # Q– Ða % ¦ \  _ ô  Ç ´ òõ  p p  l  M :ë  H \  Õ ª

° ú

כ“ É r Á ºr ½ + É Ã º e ”  .   õ & h Ü ¼– Ð 8 £ ¤& ñ Ó ü t| 9 _  à ºx 9 • ¸  H



6 £ § õ  ° ú  “ É r d ” Ü ¼– Ð » ¡ ¤ €  •  ) a  .

n(R) = 1/2∆R∆σ[Z(R, λ

on

) − Z(R, λ

of f

)] (4) s

\  ¦ : Ÿ x K  s í ß – o S !  0 l x • ¸\  ¦ ½ ¨½ + É Ã º e ”  .

Fig. 2. Schematic of Sulfur Dioxide DIAL system

Table 1. System parameter for DIAL system Pump laser energy 350 mJ (532 nm)

Type of Dye Rhodamine 640 / 610

= 1 : 20 Dye laser energy (600 nm) 60 mJ Second Harmonic energy 5 mJ (300 nm)

Divergence of expanded < 0.2 mrad laser beam

Field of view(Telescope) 1 mrad

Detector PMT (Hamamatsu R374) in analog mode

Data digitizing 12-bit 30 Mhz ADC

III. ÷ m Ç] M ö X ê sV 

{ 9

ì ø Í& h Ü ¼– Ð DIAL r Û ¼% 7 ›\ " f s í ß – o S !  8 £ ¤& ñ \  ‚  × þ ˜

÷

&  H   © œ“ É r 300 nm   H % ƒs  . s   H s    © œ% ò % i s  s  í

ß – o S ! \  _ ô  Ç f  ¨ à º 9 þ t ÷  r ë ß –  m  ,   © œ    o\   

 É

r f  ¨ à º s  % i r  ß ¼l  M :ë  H s  . Fig. 1“ É r 300 nm   H % ƒ _

 f  ¨ à º Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦
  · p . ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f / B N" î   © œÜ ¼

–

Ð 300 nm, q / B N" î   © œÜ ¼– Ð 299.5 nm \  ¦ ‚  × þ ˜ % i Ü ¼ 9,

¿

º   © œ\  @ /ô  Ç 1 p x f  ¨ à ºé ß –€  & h “ É r 1 × 10

⁻¹⁸

cm

²

s   [7].

>

hµ 1 Ï  ) a r Û ¼% 7 › > h| Ä Ì• ¸  H Fig. 2 \ 
 ? /% 3 “ ¦, r Û ¼

% 7

›  € ª œ“ É r Table 1 \ 
 ? /% 3  . 5 Å x’   Ò\   6   x ) a Y U s

$   H Nd : YAG Y Us $  2  › ¸ o  (Spectra-Physics GCR170-30) \  ¦ * 3 i ç " é ¶ Ü ¼– Ð   H ¿ º   © œ µ 1 ϔ   Ò  o™ èY U s

$ s  9, Ò  o™ èY Us $ \ " f Ò q t$ í  ) a 600 nm ü < 599 nm  

Fig. 3. Comparison between two ratios. Solid line is P

_on

/P

_{of f}

and dashed line is P

_on

/P

_{of f}

.



© œs  “ §@ /– Ð µ 1 ϔ   • ¸2 Ÿ ¤ [ O >  % i  . ¢ ¸ô  Ç + þ AF  g s  600 nm \ " f þ j@ / ÷ &• ¸2 Ÿ ¤ Rhodamine 640 õ  Rhodamine 610`  ¦ 1 : 20 q Ö  ¦ – Ð ™ D ¥ ½ + Ëô  Ç Ò  o™ è\  ¦  6   x % i Ü ¼ 9, þ j 7

á

x Ø  ¦§ 4  \  -t   H €  • 60 mJ & ñ • ¸ ÷ &% 3  . כ ¹½ ¨÷ &  H  



© œ (300 nm/299.5 nm) `  ¦ % 3 l  0 AK  Ò  o™ èY Us $  Ø  ¦§ 4 é ß –

\

 KDP\  ¦ [ O u  # Œ Ø  ¦§ 4  \  -t  y Œ •y Œ • €  • 5 mJ“   2 

›

¸ o \  ¦ Ò q t$ í % i  . DIAL r Û ¼% 7 ›\ " f  H p [ jô  Ç   © œ



  o– Ð “  K  8 £ ¤& ñ 0 l x • ¸_  š ¸  ß ¼> 
 
Ù ¼– Ð   © œ

\

 @ /ô  Ç ’  ø @• ¸ ×  æ כ ¹ >   Œ •6   x ô  Ç . s \  ¦ S X ‰ “   l  0 A K

 > hµ 1 Ï  ) a 5 Å x’  Â Ò Ø  ¦§ 4 é ß –\    © œ8 £ ¤& ñ l  (wavemeter)\  ¦ [ O

u  # Œ @ /l ×  æ Ü ¼– Ð › ¸ ÷ &l  „     © œ    o\  ¦ S X ‰ “   

%

i Ü ¼ 9, 8 £ ¤& ñ  ) a   © œ_  ¼ #   (deviation)“ É r 0.01 nm s ? /

–

Ð
 z Œ ¤ . ×  æ^ o ?† < Êà º_  Å Òכ ¹ô  Ç “   “   Y Us $  c ”  µ 1 Ïí ß – y

Œ

•`  ¦ ×  ¦ s l  0 AK , Ò  o™ èY Us $ \ " f µ 1 ϔ   ) a c ” `  ¦ c ”  S X ‰ @ / l

 (beam expender)– Ð : Ÿ x K  6 C  S X ‰ @ / % i  . ×  æ^ o ?† < Êà º

\

 ¦ ë ß –7 á ¤ l  0 AK " f  H } © œ" é ¶ â _  r y Œ •s  2 mrad s Ù ¼– Ð, Y

Us $  c ”  µ 1 Ïí ß –y Œ •“ É r 1 mrad s  # Œ  ô  Ç  [8]. ‘ : r ƒ  ½ ¨

\

" f c ” S X ‰ @ /l \  ¦ t è ß – Ê ê c ”  µ 1 Ïí ß –y Œ •“ É r 0.2 mrad s  s  Ù

¼– Ð 0 A › ¸| `  ¦ ë ß –7 á ¤ ô  Ç . @ /l  ×  æ \ " f Ê ê~ ½ Óí ß –ê ø Í  ) a ’    ñ

\

 ¦ à º| 9  l  0 AK  t 2 £ § 30 cm, œ í& h  o  1 m “   ¾ »ž Ðm  î

ß – (Newtonian) + þ AI _  } © œ" é ¶ â `  ¦ [ O u  % i  .  Ž Ø  ¦ l   H



± ú ˜– ÐÕ ª — ¸× ¼ PMT (Hamamatsu R374) \  ¦  6   x % i  .

 Ž

Ø  ¦ ) a  s   ’    ñ  H 12-bit/30 MHz ADC (Analog-to- Digital Converter) \  ¦ s 6   x # Œ à ºu  o % i  . ¢ ¸ô  Ç š ¸

%

i C Ø  ¦" é ¶ Šҁ  _  0 l x • ¸\  ¦ 8 £ ¤& ñ l  0 AK  | ¾ Ó 0 A\  1 l u + þ A I

_  › ¸   Ö  ¦`  ¦ [ O u  # Œ 3 " é ¶ 0 l x • ¸ ì  r Ÿ í\  ¦ 8 £ ¤& ñ 

% i  .

IV. ÷ m Ç] M ö + s ÇÊ Ý

8

£ ¤& ñ “ É r & ñ Ä »/ B N  © œs  x 9 | 9  ) a / B N é ß –t % i \ " f à º' Ÿ ÷ &% 3 Ü ¼ 9, & ñ ] j÷ &“ ¦ z Œ ™“ É r Û ¼\  ¦ I Ä º  H & ñ Ä » / B N é ß –_  Ï ã JÁ n q`  ¦

Fig. 4. Backscattered LIDAR signal from chimney

Fig. 5. Concentration of Sulfur Dioxide from chimney

×

 æd ” Ü ¼– Ð š ¸% i Ó ü t| 9 `  ¦ C Ø  ¦   H Ï ã JÁ n q % ò % i õ  Õ ª Å Ò0 A– Ð S X

‰ í ß –÷ &  H % ò % i Ü ¼– Ð ½ ¨ç ß –`  ¦
¾ º# Q à º' Ÿ  % i  . S \ ‰1 p q ) a



s   ’    ñ\ " f S/N q  (signal to noise ratio)  H ’    ñ

\

 ¦ ¨ î ç  H † < ÊÜ ¼– Ð+ ‹ 7 £ x r ~  ´ à º e ” Ü ¼Ù ¼– Ð, 5 m ç ß –  Ü ¼– Ð 100 œ í 1 l x î ß – 3000 > h_  Y Us $  ` O Û ¼ ’    ñ\  ¦ S \ ‰1 p q # Œ ¨ î ç

 H % i  . { 9 ì ø Í& h Ü ¼– Ð  s   ’    ñ  H Ÿ í ’  H (poisson) ì

 r Ÿ í\  ¦  9, ´ ú §“ É r : Ÿ x > & h  ¸ ú š6 £ §’    ñ\  ¦ t “ ¦ e ”  . : £ ¤ y

 DIAL r Û ¼% 7 ›_   â Ä º, ƒ  í ß – õ & ñ \  p ì  r`  ¦ Ÿ í† < Ê “ ¦ e ”

# Q" f  Œ •“ É r ¸ ú š6 £ §’    ñ  H š ¸ \  ¦ Ä »µ 1 Ͻ + É Ã º e ”  . s 

\

 ¦ K    l  0 AK  ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f  H ç  H{ 9 ô  Ç ¨ î ç  HZ O õ  Ä º r

î ß – + þ AI _  ×  æ u \  ¦ ¿ º# Q" f ¨ î ç  H   H ~ ½ ÓZ O  (Gaussian convolution)`  ¦  6   x % i   [9]. „  ^ ‰& h Ü ¼– Ð 8 £ ¤& ñ   õ \ 

@

/ô  Ç  Ž Ø  ¦ ô  Ç>   H Ò  o™ èY Us $ \ " f µ 1 ϔ     H ¿ º   © œ`  ¦ ° ú  

“ É

r   © œÜ ¼– Ð [ O & ñ # Œ ì  r$ 3  ) a   õ \  ¦ : Ÿ x K  % 3 `  ¦ à º e ”  .

Fig. 3  H Ò  o™ èY Us $ \ " f µ 1 ϔ     H ¿ º   © œ`  ¦ q / B N" î 

 © œÜ ¼– Ð [ O & ñ # Œ @ /l ×  æ Ü ¼– Ð › ¸ ô  Ç Ê ê S \ ‰1 p q ) a ’    ñ _

 q ü < z  ´] j 8 £ ¤& ñ  ) a / B N" î   © œõ  q / B N" î   © œ_  ’    ñq 

\

 ¦ • ¸r ô  Ç  כ s  . # Œl \ " f
 
  H l Ö  ¦ l   H @ /l ×  æ s

í ß – o S ! _  f  ¨ à º\  l “  ô  Ç  כ Ü ¼– Ð ° ú  “ É r   © œ`  ¦  6   x 

% i

`  ¦ M :\   H l Ö  ¦ l     o  _  \ O 6 £ §`  ¦ · ú ˜ à º e ”  . Õ ª



QÙ ¼– Ð ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f  H ° ú  “ É r   © œÜ ¼– Ð 8 £ ¤& ñ ô  Ç   õ \  ¦ „  

^

‰& h “    Ž Ø  ¦ ô  Ç> – Ð [ O & ñ % i  . s M :
 
  H ° ú כ“ É r à º ppb s  % i  . ¢ ¸ô  Ç / B N é ß – Šҁ  \ " f C Ø  ¦ ÷ &  H € ª œ`  ¦ 8 £ ¤& ñ

l  0 AK  | ¾ Ó 0 A\  [ O u   ) a › ¸  Ö  ¦`  ¦ s 6   x # Œ 3 

"

é

¶& h “   0 l x • ¸ ì  r Ÿ í\  ¦ 8 £ ¤& ñ % i  .

Fig. 4  H Y Us $  › ¸ ~ ½ ӆ ¾ Ó`  ¦ Ï ã JÁ n q Ü ¼– Ð “ ¦& ñ “ ¦ s  M

: Ê ê~ ½ Ó í ß –ê ø Í  ) a  s   ’    ñ\  ¦
  · p  כ s  . à º’   ) a LIDAR ’    ñ\  ¦ : Ÿ x K   o  400 m   H % ƒü < 800 m   H % ƒ\  Ï

ã

JÁ n q s  ” > r F † < Ê`  ¦ · ú ˜ à º e ”  . S \ ‰1 p q ) a / B N" î   © œ ’    ñü <

q

/ B N" î   © œ ’    ñ_  q   H Fig. 4 \ 
 ? /% 3  . Õ ªa Ë >\ " f

Fig. 6. 3-D Mapping of sulfur dioxide in surrounding chimney

˜

Ѝ  H  ü < ° ú  s  400 m   H % ƒ\ " f Õ ª l Ö  ¦ l _  / å L  ô  Ç y Œ ™

™

è\  ¦ ^  ¦ à º e ”  . s   H Ï ã JÁ n q`  ¦ : Ÿ x õ ½ + É M : / B N" î   © œ“   300 nm Y Us $ c ” s  s í ß – o S ! \  _ K  ´ ú §“ É r € ª œs  f  ¨ à º÷ &# Q s  Ê

ê_  Ê ê~ ½ Óí ß –ê ø Í  ) a ’    ñ / å L  y  ×  ¦ # Q[ þ t l  M :ë  H s  . s 

’

   ñ\  ¦ s 6   x # Œ ì  r$ 3 ô  Ç s í ß – o S !  0 l x • ¸\  ¦ Fig. 5 \ 
 

? /% 3  .

Õ

ªa Ë >\ " f ˜ Ѝ  H  ü < ° ú  s  400 m   H % ƒ\  0 l x • ¸ 450 ppb & ñ • ¸“   B Ä º Z  }“ É r x ß ¼, 800 m   H % ƒ\  0 l x • ¸ 100 ppb & ñ • ¸“    Œ •“ É r x ß ¼ ” > r F  # Œ Ï ã JÁ n q _  0 Au ü < { 9 u 

†

< Ê`  ¦ ˜ Г   . „  ^ ‰& h Ü ¼– Ð / B N é ß –Å ҁ  \ " f 8 £ ¤& ñ ô  Ç s í ß – o S !

_  0 l x • ¸  H l ” > r _    É r • ¸d ” t % i _  0 l x • ¸˜ Ð  Z  } > 
 

z Œ ¤Ü ¼ 9, : £ ¤ y  Ï ã JÁ n q \ " f f ” ] X & h Ü ¼– Ð C Ø  ¦ ÷ &  H € ª œ“ É r à º Ñ þ

˜ ppb & ñ • ¸– Ð B Ä º Z  } > 
 z Œ ™`  ¦ S X ‰ “  ½ + É Ã º e ” % 3  . ¢ ¸ ô

 Ç Ï ã JÁ n q \ " f C Ø  ¦ ÷ &  H s í ß – o S ! _  Šҁ   S X ‰ í ß –  ⠖ Ð\  ¦ Æ Ò

&

ñ l  0 AK  s í ß – o S ! _  3 " é ¶ / B N ç ß –\  @ /ô  Ç 0 l x • ¸    o\  ¦ 8

£ ¤& ñ % i  .

Fig. 6“ É r s í ß – o S ! s  C Ø  ¦ ÷ &  H Ï ã JÁ n q`  ¦ ×  æd ” Ü ¼– Ð 10 > h _

 ½ ¨ç ß –`  ¦
¾ º# Q 3 " é ¶ 0 l x • ¸ 8 £ ¤& ñ   õ \  ¦
  · p  כ s 



. 8 £ ¤& ñ ™ èכ ¹ r ç ß –“ É r y Œ • 8 £ ¤& ñ ½ ¨ç ß – { © œ 1 ì  r 30 œ í s  9, 8

ú

x 8 £ ¤& ñ r ç ß –“ É r 15 ì  r`  ¦  Å t  · ú §€ Œ ¤ . Õ ªa Ë >“ É r Û  æ † ¾ Ó\   

 É

r s í ß – o S ! _  S X ‰ í ß – — ¸€ ª œ`  ¦
 ? /% 3 Ü ¼ 9 s \  ¦ : Ÿ x K  š ¸

%

i _  S X ‰ í ß – & ñ • ¸\  ¦ \ V8 £ ¤ ½ + É Ã º e ” `  ¦  כ Ü ¼– Ð l @ /  ) a  .

V. + s Ç Â ] Ø

@

/l ×  æ \  ” > r F    H s í ß – o S ! _  3 " é ¶& h “   / B N ç ß – ì  r Ÿ í

\

 ¦ › ' a8 £ ¤ l  0 AK  s 1 l x+ þ A DIAL r Û ¼% 7 ›`  ¦ > hµ 1 Ï % i  .

>

hµ 1 Ï  ) a r Û ¼% 7 ›`  ¦ s 6   x # Œ › ' a8 £ ¤ ) a s í ß – o S ! _   Ž Ø  ¦ ô  Ç> 



 H 5 ppb s  % i “ ¦, › ¸   Ö  ¦`  ¦ s 6   x # Œ š ¸% i  C Ø  ¦" é ¶ Å

ҁ  _  / B N ç ß –ì  r Ÿ í\  ¦ › ' a8 £ ¤ % i  . l ” > r _  8 £ ¤& ñ  © œq ü < ² ú ˜ o

 DIAL r Û ¼% 7 ›“ É r š ¸% i Ó ü t| 9 _  S X ‰ í ß –  ⠖ Ð\  ¦ 8 £ ¤& ñ ½ + É Ã º e ”

% 3 “ ¦, s \  ¦ : Ÿ x K  / B N é ß –_  š ¸% i  C Ø  ¦" é ¶ Ü ¼– РÒ'  S X ‰ í ß –÷ &



 H s í ß – o S !  0 l x • ¸    o\  ¦ 8 £ ¤& ñ % i  . › ' a8 £ ¤ ) a   õ \  ¦ ž Ð

@

/– Ð @ /l  S X ‰ í ß – — ¸4 S qa A_  ×  æ כ ¹ô  Ç  « і Ð  Ö ¸6   x 0 p x o 



 # Œ ”   .

Y

c p w Š à U Ø ”  ô

[1] J. D. Winefordner, Chemical Analysis (Wiley, New York, 1993).

[2] A. L. Egeback, Kent A. Fredriksson and H. M. Hertz, Appl. Opt. 23, 722 (1984).

[3] F. Molero, F. Jaque Opt. Mat. 13 167(1999).

[4] T. Fukuchi, N. Goto, T. Fujii and K. Nemoto, Opt.

Eng. 38 141 (1999).

[5] U. B. Goers, Opt. Eng. 34, 3097 (1995).

[6] S. C. Choi, H. K. Cha, D. H. Kim and Y. S. Kim, KOSAE 17, 385 (2001).

[7] D. J. Brassington, Appl. Opt. 20, 3774(1981).

[8] R. M. Measures, Laser Remote Chemical Analysis (Wiley, New York, 1988).

[9] E. V. Browell, IEEE 77, 419 (1989).

The Development of an Optical Remote Sensing System for Sulfur Dioxide Measurements in the Atmosphere

Sung-Chul Choi,

^∗

Do-Kyeong Ko and Jongmin Lee

Advanced Photonics Research Institute, Gwangju Institute of Science and Technology, Gwangju 500-712

Duk-Hyeon Kim and Hyung-Ki Cha

Laboratory for Quantum Optics, Korea Atomic Energy Research Institute, Daejon 305-600 (Received 21 November 2005, in final form 15 December 2005)

We have developed a mobile DIAL (Differential Absorption LIDAR) system for measuring sulfur dioxide in the atmosphere. The light source uses a dual-wavelenth dye laser pumped by a frequency- doubled, pulsed Nd : YAG laser. For the 3-D scan measurement, a scanning mirror on the roof is used. In some measurements, the detection limit is below 5 ppb, the range resolution is 5 m, and the system range is 0.3 to 2 km. Field measurements were performed at an oil refinery site. In this paper, the developed system and the results will be discussed.

PACS numbers: 42.62.J, 42.68.Wt, 94.10.Gb Keywords: DIAL, Sulfur dioxide, Dye laser

∗

E-mail: [email protected]