Kim, Daewon;Lee, Hanlim;Park, Junsung;Choi, Wonei;Yang, Jiwon;Kang, Hyeongwoo
Korean Journal of Remote Sensing
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v.35
no.6_3
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pp.1187-1195
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2019
We, for the first time, developed a Raman lidar system which can remotely detect surface CO2 volume mixing ratio (VMR). The Raman lidar system consists of the Nd: YAG laser of wavelength 355 nm with 80 mJ, an optical receiver, and detectors. Indoor CO2 cell measurements show that the accuracy of the Raman lidar system is calculated to be 99.89%. We carried out the field measurement using our Raman lidar at Pukyong National University over a seven-day period in October 2019. The results show good agreement between CO2 VMRs measured by the Raman lidar (CO2 Raman Lidar) and those measured by in situ instruments (CO2 In situ) which located 300 m and 350 m away from the Raman lidar system. The correlation coefficient (R), mean absolute error (MAE), and root mean square error (RMSE) between CO2 In situ and CO2 Raman Lidar are 0.67, 2.78 ppm, and 3.26 ppm, respectively.
Choi, In Young;Baik, Sung Hoon;Cha, Jung Ho;Kim, Jin Ho
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.30
no.3
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pp.114-119
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2019
This paper discusses the development of a Raman lidar system for remote detection and measurement of hydrogen gas by using a photon counter. The Raman signal of the hydrogen gas is very weak and has a very low signal-to-noise ratio. The photon counter has the advantage of improving the signal-to-noise ratio, because it has a discriminator to eliminate the background noise from the Raman signal of the hydrogen gas. Therefore, a small and portable Raman lidar system was developed using a low-power pulsed laser and a photon-counter system to measure the hydrogen gas concentration remotely. To verify the capability of measuring hydrogen gas using the developed photon-counting Raman lidar system, experiments were carried out using a gas chamber in which it is possible to adjust the hydrogen gas concentration. As a result, our photon-counting Raman lidar system is seen to measure a minimum concentration of 0.65 vol.% hydrogen gas at a distance of 10 m.
We developed a Raman lidar system for remote measurement of carbon dioxide present in atmospheric space. An air-cooled laser with 355-nm wavelength and a 6-inch optical receiver was used to miniaturize the Raman lidar system, and a scanning Raman lidar system was developed using a two-axis scanning device and a photon counter. To verify the performance of the developed Raman lidar system, a gas chamber capable of maintaining a concentration was located at a distance of about 87 m, and the change in Raman signal according to the change in the concentration of carbon dioxide was measured. As a result, it was confirmed that the change in the Raman scattering signal of carbon dioxide that appeared for a change in carbon dioxide concentration from about 0.67 to 40 vol% was linear, and the coefficient of determination (R2) value, which indicates the correlation between the carbon dioxide concentration and Raman scattering signal, showed a high linearity of 0.9999.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.25
no.5
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pp.450-458
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2009
The range-dependent overlap factor of a lidar system can be determined experimentally if a Raman backscatter signal by molecule is measured in addition to the usually observed elastic backscatter signal, which consists of a molecular component and a particle component. The direct determination of the overlap profile is presented and applied to a lidar measurement according to variation of telescope field-of-view and distance between telescope and transmitting laser. The retrieval of extinction coefficient by Raman method can generate high errors for heights below planetary boundary layer if the overlap effect is ignored. The overlap correction method presented here has been successfully applied to experimental data obtained in Gwangju, Korea.
Yoon, S.C.;Lee, Y.J.;Kim, S.W.;Kim, M.H.;Sugimoto, N.
Atmosphere
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v.20
no.4
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pp.483-494
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2010
The vertical profiles of the extinction coefficient, the backscatter coefficient, and the lidar ratio (i.e., extinction-to-backscattering ratio) for Asian dust and pollution aerosols are determined from Raman (inelastic) and elastic backscatter signals. The values of lidar ratios during two polluted days is found between 52 and 82 sr (July 22, 2009) and 40~60 sr (July 31, 2009) at 52 nm, with relatively low value of particle depolarization ratio (<5%) and high value of sun photometer-derived Angstrom exponent (> 1.2). However, lidar ratios between 25 and 40 sr are found during two Asian dust periods (October 20, 2009 and March 15, 2010), with 10~20% of particle depolarization ratio and the relatively low value of sun photometer-derived Angstrom exponent (< 0.39). The lidar ratio, particle depolarization ratio and color ratio are useful optical parameter to distinguish non-spherical coarse dust and spherical fine pollution aerosols. The comparison of aerosol extinction profiles determined from inelastic-backscatter signals by the Raman method and from elastic-backscatter signals by using the Fernald method with constant value of lidar ratio (50 sr) have shown that reliable aerosol extinction coefficients cannot be determined from elastic-backscatter signals alone, because the lidar ratio varies with aerosol types. A combined Raman and elastic backscatter lidar system can provide reliable information about the aerosol extinction profile and the aerosol lidar ratio.
Park, Sun-Ho;Kim, Duk-Hyeon;Kim, Yong-Gi;Yun, Mun-Sang;Cheong, Hai-Du
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.22
no.6
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pp.283-290
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2011
A Raman LIDAR system has been designed and constructed for quantitative measurement of water vapor mixing ratio. The comparison with commercial microwave radiometer and global navigation satellite system(GNSS) was performed for the precipitable water vapor(PWV) profile and total PWV. The result shows that the total GNSS-PWV and LIDAR-PWV have good correlation with each other. But, there is small difference between the two methods because of maximum measurement height in LIDAR and the GNSS method. There are some significant differences between Raman and MWR when the water vapor concentration changes quickly near the boundary layer or at the edge of a cloud. Finally we have decided that MWR cannot detect spatial changes but LIDAR can measure spatial changes.
Noh Young Min;Kim Young Min;Kim Young Joon;Choi Byoung Chul
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.22
no.1
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pp.1-14
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2006
Tropospheric aerosols are highly variant in time and space due to non-uniform source distribution and strong influence of meteorological conditions. Backscatter lidar measurement is useful to understand vertical distribution of aerosol. However, the backscatter lidar equation is undetermined due to its dependence on the two unknowns, extinction and backscattering coefficient. This dependence necessitates the exact value of the ratio between two parameters, that is, the lidar ratio. Also, Iidar ratio itself is useful optical parameter to understand properties of aerosols. Tropospheric aerosols were observed to understand variance of lidar ratio at Anmyeon island ($36.32^{/circ}N$, $126.19^{/circ}E$), Korea using a multi-wavelength raman lidar system developed by the Advanced Environmental Monitoring Research Center (ADEMRC), Gwangju Institute Science and Technology (GIST), Korea during measurement periods; March 15$\sim$April $16^{th}$, 2004 and May 24$\sim$$8^{th}$ 2005. Extinction coefficient, backscattering coefficient, and lidar ratio were measured at 355 and 532 nm by the Raman method. Different types of aerosol layers were distinguished by the differences in the optical properties such as Angstrom exponent, and lidar ratio. The average value of lidar ratio during two observation periods was found to be $50.85\pm4.88$ sr at 355 nm and $52.43\pm15.15$ sr at 532 nm at 2004 and $57.94\pm10.29$ sr at 355 nm and $82.24\pm15.90$ sr at 532 nm at 2005. We conduct hysplit back-trajectory to know the pathway of airmass during the observation periods. We also calculate lidar ratio of different type of aerosol, urban, maritime, dust, continental aerosols using OPAC (Optical Properties of Aerosols and Clouds), Remote sensing of atmospheric aerosol using a multi-wavelengh lidar system with Raman channels is quite and powerful tool to characterize the optical propertises of troposheric aerosols.
Choi, In Young;Baik, Sung Hoon;Park, Nak Gyu;Kang, Hee Young;Kim, Jin Ho;Lee, Na Jong
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.28
no.4
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pp.166-171
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2017
Hydrogen gas is a green energy sources because it features no emission of pollutants during combustion. But hydrogen gas is very dangerous, being flammable and very explosive. Hydrogen gas detection is very important for the safety of a nuclear power plant. Hydrogen gas is generated by oxidation of nuclear fuel cladding during a critical accident, and leads to serious secondary damage in the containment building. This paper discusses the development of a Raman lidar system for remote detection and measurement of hydrogen gas. A small, portable Raman lidar system was designed, and a measurement algorithm was developed to quantitatively measure hydrogen gas concentration. To verify the capability of measuring hydrogen gas with the developed Raman lidar system, experiments were carried out under daytime outdoor conditions by using a gas chamber that can adjust the hydrogen gas density. As results, our Raman lidar system is able to measure a minimum density of 0.67 vol. % hydrogen gas at a distance of 20 m.
Choi, In Young;Baik, Sung Hoon;Lim, Jae Young;Cha, Jung Ho;Kim, Jin Ho
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.29
no.3
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pp.119-125
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2018
Hydrogen gas is an important and promising energy resource that has no emissions of pollutants during power generation. However, hydrogen gas is very dangerous because it is colorless, odorless, highly flammable, and explosive at low concentration. Conventional techniques for hydrogen gas detection are very difficult for measuring the hydrogen gas distribution at long distances, because they sample the gas to measure its concentration. Raman lidar is one of the techniques for remotely detecting hydrogen gas and measuring the range of the hydrogen gas distribution. A Raman lidar system with an on-axis optical receiver was developed to improve the range of hydrogen gas detection at long distance. To verify the accuracy and improvement in the range of detecting the hydrogen gas, experiments measuring the hydrogen gas concentration are carried out using the developed on-axis Raman lidar system and a gas chamber, to prevent explosion of the hydrogen gas. As a result, our developed on-axis Raman lidar system can measure a minimum hydrogen gas concentration of 0.66 volume percent at a distance of 50 m.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2003.10a
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pp.423-427
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2003
In this paper, we have investigated the output characteristics of the Stokes Raman laser in hydrogen, deuterium, and their mixed gases as a function of the incident pump energy and gas pressure using KrF excimer laser as pumping source for generating the differential absorption lidar (DIAL) wavelengths suitable in measuring the ozone concentration of the troposphere. The optimization results of compact excimer-Raman laser transmitter in DIAL system for the tropospheric ozone sounding at the 292 nm/319 m and 292 nm/313 nm wavelength pairs are presented. for the ozone sounding in the 4-12 km range, it has been demonstrated that the design of transmitter for DIAL lidar may be significantly simplified by the use of 292 nm/319 nm wavelength pair. The investigations of Raman scattering in the mixture of hydrogen and deuterium gases have shown that such mixture may be efficiently used for developing the multi- wavelength light sources for DIAL systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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