Das auf neuester Quantenkaskaden- / Interbandkaskadenlaser-Technologie basierte Messsystem ermöglicht die flugzeuggetragene Erfassung wichtiger Spuren- sowie Treibhausgase in der unteren Erdatmosphäre. In der aktuellen Konfiguration können die Konzentrationen von Methan (CH4), Ethan (C2H6), Kohlenstoffdioxid (CO2), Kohlenmonoxid (CO) und Lachgas (N2O) mit sehr hoher Auflösung im ppb-Bereich (d.h. ein Teilchen pro 1 Milliarde Teilchen) bei bis zu 3 Messungen pro Sekunde ermittelt werden. Hierzu wird mittels Vakuumpumpe Probenluft von außerhalb des Flugzeuges kontinuierlich in eine Messzelle gezogen, in der ein wellenlängen-modulierter Laserstrahl ca. 400x zwischen zwei vergoldeten Spiegeln hin und her reflektiert wird. Dabei absorbieren die zu quantifizierenden Gase bei bestimmten Wellenlängen proportional zu deren Konzentration in der Messzelle einen Teil des Laserlichts.
DLR-QCLS-Instrument: links zentrale Messeinheit, rechts mit Peripherie in einem Flugzeugrack
Das Instrument wurde erstmalig im späten Sommer 2017 erfolgreich auf einer C-130 der NASA eingesetzt, wobei das Instrument im Rahmen der ACT-Amerika-Kampagne wertvolle Informationen über die Ethanverteilung an der Ostküste und im mittleren Westen der USA lieferte. Bei der CoMet-Mission Im Sommer 2018 bewährte sich das QCL/ICL-Spektrometer an Bord der Cessna 208B des DLR auch bei der Quantifizierung der Methanemissionen im Oberschlesischen Kohlerevier. Derzeit wird es für die luftgestützte Messung verschiedener Isotope weiterentwickelt.
Forschungsflugzeug C130 der NASA, auf dem das DLR-QCLS erstmalig eingesetzt wurde
