前節で解説されたレーザー光と物質の各種の相互作用を利用して,大気等の測定対象の物理量を測定する様々なライダー(LIDAR)方式がある2)~9).ここでは,観測研究等に実際に利用されているものを中心に各種ライダー(LIDAR)方式を概説する.

27・2・1 幾何光学的散乱を利用するライダー(LIDAR)

測距,散乱体(反射体)の特性評価や航空機等からの地形測定や浅い水域の水深測定等に,樹木の高さの測定などに用いられる.原理は送信レーザーの往復時間の測定である.

視野内の複数の散乱体や分布を捉えるためにひとつの送信パルスに対して複数の受信パルスを測定する方法や反射光の波形を記録する方法も用いられる.さらに散乱体の蛍光を用いて,たとえば植物の活性度などを測定する手法もある.

27・2・2 ミー散乱ライダー(LIDAR)(ミーライダー)

大気中の浮遊粒子状物質(エアロゾル)の分布やその分布特性を利用した大気構造(大気境界層など)の測定に用いられる.通常,パルスレーザーを用いて散乱光の波形を記録して距離分解能を得る.ライダー(LIDAR)信号を表すライダー(LIDAR)方程式には後方散乱係数と消散係数の2つの未知数が含まれるため,厳密には解くことができない.そこで,消散係数等の解析にはライダー(LIDAR)比(消散係数対後方散乱係数比)を仮定したインバージョン法が用いられる10)11)

本来,ミー散乱は球形粒子に対するものであるが,実際の大気中のエアロゾルには黄砂のような鉱物性エアロゾルなど非球形の粒子も多く含まれる.非球形粒子の散乱では散乱により偏光特性が変化する.受信光の偏光の変化(偏光解消度)を測定することによって,例えば黄砂などの非球形粒子を判別することができる12).ミー散乱ライダー(LIDAR)は比較的低出力のレーザーで高感度の測定が可能である.大気環境の連続観測を目的とする小型の装置や12),パルスエネルギーがマイクロジュール程度の連続波励起のQスイッチレーザーを用いた目に対する安全性の高い装置13)などが開発されている.

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