open pdf file in asp net c# : Add text to pdf software SDK dll winforms wpf .net web forms 125703774-part440

LIDAR-based methodology
II 
25
formula for the estimation of the differential backscattering cross section given 
by [28]  was proposed as given cf. Eq. (7) below: 
4.09
-32
m
550
= 5.45 x 10  
λ
d
d
π
σ
Eq. (7) 
with d
σ
/d
expressed in m
2
molec
-1 
and 
λ
in nm. The backscatter coefficient, 
β
m
, is obtained by multiplying Eq. (7) with the air number density n
air
(Z). Then 
by multiplication with the inverse of Rayleigh phase function, the molecular 
extinction coefficient 
α
m
(Z) is obtained 
8
8
( )
( )
( )
3
3
m
m
m
air
d
Z
Z
n Z
d
π
σ
π
π
α
β
=
=
Eq. (8) 
with 
α
m
expressed in m
-1
and 
β
m
in m
-1
sr
1
. The air number density n
air
(Z) is 
determined  from  the  air  pressure  and  temperature  profiles  as  measured  by 
radiosondes or estimated using atmospheric models such as the US1976 model 
([29], see A3). 
The  formula  above  indicates  a  Rayleigh  cross-section  that  follows  a  ~ 
λ
-4
wavelength dependency, and for this reason, the shorter the wavelength,  the 
more  scattered  the  corresponding  radiations.  The  scattering  cross-section  is 
relatively small, on the order of  ~ 10
-28 
cm
2
.molec
-1
, but the air concentration 
number i.e. ~ 10
19 
molec.cm
-3 
partially compensates for the inefficiency of this 
process. The LIDAR equation for the molecular–Rayleigh backscattering is: 
( , )
( )
( , ) exp 2
( , )
Z
m
s
m
m
L
Zo
RCS
S
Z
C Z
Z
zdz
λ
β λ
α λ
=
Eq. (9) 
The UT above the JFJ station may be often considered, in wintertime in cloud-
free days, as very good approximation for a pure molecular atmosphere. 
2.2  Elastic (Mie) scattering 
2.2.1 Aerosol (particle) light scattering and correspondent lidar equation 
In the presence of particles of size comparable to the excitation wavelength (> 
0.1 
µ
m), Mie scattering processes becomes important. Thus the laser radiation is 
elastically scattered (
λ
D
λ
L
) by small atmospheric particles (i.e. aerosols) of 
size  comparable  to  the  radiation  wavelength.  The  Mie  backscatter  usually 
dominates the Rayleigh scattering, exhibiting high cross-section values ranging 
from 10
-26
to 10
-8 
cm
2
molec
-1
(e.g. 10
-10 
cm
2
molec
-1
in the visible spectra at ~500 
nm for particles with size around 0.1 
µ
m) [30]. 
Add text to pdf - insert text into PDF content in C#.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
XDoc.PDF for .NET, providing C# demo code for inserting text to PDF file
how to insert text in pdf file; add text to pdf document online
Add text to pdf - VB.NET PDF insert text library: insert text into PDF content in vb.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
Providing Demo Code for Adding and Inserting Text to PDF File Page in VB.NET Program
adding text fields to pdf acrobat; how to add text to pdf file
LIDAR-based methodology
II 
26
The angular characteristics of Mie scattering (i.e. cross-section) for all particle 
sizes  and wavelengths  are expressed by two  intensity distribution functions. 
These  functions  are  fundamental  for  all  the  subsequent  definitions  of  the 
scattering cross sections and volume coefficients [31]. 
Light  scattered by  a particle that  is observed at  angle 
θ
may be treated  as 
consisting  of  two  components  of  intensities  i
c
and  i
p
 i.e.  perpendicular 
(polarized) and parallel to the plane of observation, respectively: 
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
2
1
2
1
2n 1
, ,
n n 1
2n 1
, ,
n n 1
c
n n
n n
n
p
n n
n n
n
i
m
a
b
i
m
a
b
χ
θ
π
τ
χ
θ
τ
π
=
=
+
=
+
+
+
=
+
+
                Eq. (10) 
where n are positive integers. The values of a
n
and b
n
result from Ricatti-Bessel 
functions, the arguments of which are the size parameter 
χ
, and the complex 
refractive index, m. The functions 
π
n
and 
τ
n
depend only on the angle 
θ
and 
involve the first and second derivatives of the Legendre polynomials of order n 
and argument cos(
θ
). The intensity of the light scattered by the particles is: 
(
)
(
)
2
2
2
2
,
sin
cos
4
c
p
I
E
i
i
φ
λ
θ
φ
φ
φ
π
=
+
Eq. (11) 
where E
φ
is the irradiance of the incident light. The differential cross-section 
d
σ
/d
[cm
2
sr
-1
molec
-1
] is given by: 
(
)
(
)
(
)
2
2
2
2
,
,
sin
cos
4
a
c
p
d
I
i
i
d
E
φ
σ θ
φ
θ
φ
λ
φ
φ
π
=
=
+
Eq. (12) 
Based on cross-section values the asymmetry parameter, g, is defined as: 
( )
( )
( )
( )
( )
0
0
cos
sin
sin
a
a
d
g
d
π
π
σ θ
θ
θ
θ
σ θ
θ
θ
=
Eq. (13) 
For  isotropic  or  symmetric  scattering  (e.g.  Rayleigh  or  spherical  particle 
scattering),  the  asymmetry  parameter  is  zero,  while  for  a  purely  forward 
scattering  the  parameter  is  1.  The  asymmetry  parameter  of  the  cloudless 
atmosphere  ranges  from  0.1  (very  clean)  to  0.75  (polluted).  For  a  cloudy 
atmosphere, asymmetry parameter values vary between 0.8 and 0.9 [32]. The 
total scattering cross section 
σ
a
[cm
2
molec
-1
] may be calculated cf. Eq. (14) by 
integrating over the 4
π
sr 
C# PDF insert image Library: insert images into PDF in C#.net, ASP
C#.NET PDF SDK - Add Image to PDF Page in C#.NET. How to Insert & Add Image, Picture or Logo on PDF Page Using C#.NET. Add Image to PDF Page Using C#.NET.
how to add text fields to pdf; how to add text fields to a pdf
VB.NET PDF insert image library: insert images into PDF in vb.net
try with this sample VB.NET code to add an image As String = Program.RootPath + "\\" 1.pdf" Dim doc New PDFDocument(inputFilePath) ' Get a text manager from
how to insert a text box in pdf; adding text to pdf
LIDAR-based methodology
II 
27
(
)
( )
4
0
0
,
2
sin
a
a
a
d
d
d
d
π
π
σ θ θ φ
σ
ω
π σ σ θ
θ θ
=
=
Eq. (14) 
The total scattering cross section values cover a wide range and are larger than 
the diffusers’ geometric cross sections. The ratio of the scattering to geometric 
cross sections is defined as the efficiency factors as follows: 
( )
(
)
2
2
2
0
2
a
a
a
scat
Q
d
and Q
r
r
r
π
π
σ θ θ π
σ
σ θ θ θ
π
π
=
=
=
=
Eq. (15) 
where r  is  the  radius  of  the  aerosol  particle  and  the  complex  part  of  the 
refractive index is not taken into account. The link between the extinction 
α
backscatter 
β
coefficients and the efficiency factors Q
scat
and Q
π
is given by  
( )
( )
2
2
0
0
a
ext
a
rQ n r dr
r
and
rQ n r dr
π
α
π
β
π
=
=
Eq. (16) 
where n(r) is the aerosol size  distribution and in the calculation of  Q
ext
the 
complex part of the refractive index is taken into account (i.e. Q
ext
= Q
scat
+ Q
abs
). 
The ratio of the scattering (Q
scat
) to extinction efficiency factors is called single 
scattering albedo (
ω
0
),  which represents  the fraction of  scattered light with 
respect to the total light. For a non-absorbing particle, the single scattering 
albedo is 1. The lidar equation for aerosol scattering (Mie) is based on the 
Rayleigh lidar equation (index m) at which the Mie terms (index a) are added as 
follows: 
( , )
exp 2
( , )
( , )
( , )
( , )
( )
Z
L
Zo
m
a
m
a
S
RCS
S
Z
dz
Z
Z
z
z
C Z
λ
β λ
β λ
α λ
α λ
=
+
+
Eq. (17) 
where 
β
a
and 
α
a
are the aerosol backscatter and extinction coefficients and may 
be determined by  inverting  Eq. (17) as it is explained in detail in chapter III 
section 2.1.  
2.2.2 Aerosol extinction wavelength dependency: Angstrom turbidity law 
Important parameters are also the Angstrom coefficients A and B that describe 
the wavelength dependency of the extinction coefficient: 
VB.NET PDF Password Library: add, remove, edit PDF file password
VB: Add Password to PDF with Permission Settings Applied. This VB.NET example shows how to add PDF file password with access permission setting.
adding text to a pdf document; how to insert text into a pdf using reader
C# PDF Password Library: add, remove, edit PDF file password in C#
C# Sample Code: Add Password to PDF with Permission Settings Applied in C#.NET. This example shows how to add PDF file password with access permission setting.
add text boxes to pdf document; adding text to a pdf in reader
LIDAR-based methodology
II 
28
A
a
B
α
λ
=
Eq. (18) 
The  above  power  law 
wavelength  dependency  cf. 
Eq.  (18)  is  known  as  the 
empirical  Angstrom  turbidity 
low [33].     
Figure 5 The Angstrom turbidity 
law exemplifications for dust load 
and free troposphere situations 
This wavelength dependence (i.e. power law) of the aerosols’ extinction (
α
a
) is a 
valid approximation to the Mie theory [34]. B is an index proportional to the 
aerosol concentration while the wavelength exponent A varies from 0 to 4 and is 
related to the size distribution. 
In  the  almost  molecular  Rayleigh  regime  (i.e.,  low  aerosol  loading),  the 
extinction coefficient varies with wavelength according to a power law with an 
exponent A ranging ~ 3 - 4, whereas in large-particle regime, this exponent 
ranges between 1 and 0.  
An  optically  thick  and  dense  cloud  will  have  A
 (i.e.  no  wavelength 
dependency), and A values smaller than 1 are typical for sea salt or mineral dust 
particles (~1-3 
µ
m) and values larger than 1 are typical for smaller aerosol sizes 
(< 1
µ
m) [31, 35, 36].   
The Angstrom coefficients are good indicators of particle size (A) and number 
concentration (B) but do not provide precise information on the aerosol size 
distribution or the shape of the particles. 
2.2.3 Aerosol shape: depolarization studies 
The diffuser shape may be identified measuring the depolarization of the initial 
plane polarized laser light. The depolarization ratio may be used to distinguish 
between spherical (e.g. water droplets, with low depolarization ratios) or non-
spherical (e.g. ice crystals, with high depolarization ratios).  
The depolarization ratio 
ϕ
(z) is calculated as the ratio of cross (c) to parallel (p) 
polarization  states  of  the  backscatter  radiation  relative  to  the  initial  linear 
polarization plan of the emitted laser light [37] : 
y = 0.658x
-1.96
y = 0.0002x
-0.26
1.E-07
1.E-06
1.E-05
1.E-04
1.E-03
1.E-02
1.E-01
1.E+00
300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
Wavelength [nm]
Extinction [m
-1]
]
dust load
free troposphere
Power (free troposphere)
Power (dust load)
VB.NET PDF Text Extract Library: extract text content from PDF
With this advanced PDF Add-On, developers are able to extract target text content from source PDF document and save extracted text to other file formats
adding text to pdf form; add text field to pdf
C# PDF Text Extract Library: extract text content from PDF file in
How to C#: Extract Text Content from PDF File. Add necessary references: RasterEdge.Imaging.Basic.dll. RasterEdge.Imaging.Basic.Codec.dll.
how to add text to pdf; how to add text to pdf file with reader
LIDAR-based methodology
II 
29
( )
( )
( )
( )
c
atm
S
p
S Z
Z
C Z
S Z
Z
ϕ
=
Eq. (19) 
where C
s
is a calibration function taking into 
account  the  whole  system  depolarization 
effects and the differential detection on the 
two channels at 532 nm [38]. Generally the 
molecular atmosphere and spherical particles 
do  not  significantly  contribute  to  the 
depolarization  (only  ~1-2%),  while  cirrus 
clouds composed of ice crystal cause strong 
depolarization  of  the  light  (usually  ~10  - 
40%) [38] [39, 40].  
Figure 6 Depolarization (curve D) and cross (C) 
and parallel (P) RCS at 532 nm: a cirrus ice – 
water mixed phases case example  
Finally,  the  measurement  of  the  light  depolarization  degree  (
ϕ
 by 
aerosols/clouds offers  information concerning: their shape (spherical or non-
spherical) and indirectly about their hydration rate (humid or dry) or even about 
their  lifetime  (aged  or  fresh)  and  their  physical  composition  (water  or  ice 
content). 
The JFJ-LIDAR is equipped with a light depolarization detection module (see 
latter  section  3.1.).  This  module  is  able  to  detect  separately  the  cross 
(perpendicular) and parallel polarization states of the backscattered radiation at 
532  nm.  The  depolarization  ratio 
ϕ
atm
(z)  is  determined  from  the  ratio  of 
perpendicular to parallel corresponding lidar signals 
2.2.4 Aerosol microphysics based on lidar determined aerosol optical 
properties 
The lidar-determined values of aerosol extinction and backscatter coefficients 
may  be  used  via  various  methods  [41,  42] to  determine the  microphysical 
aerosol properties such as number-surface-volume size distributions,  complex 
refractive index and single scattering albedo. The problem of determining those 
properties by multi-spectral lidar measurements belongs to a class of inverse ill-
posed problems.  
Several  methods were developed to solve  this problem:   the  singular  value 
decomposition method [43], the iterative method [44]  the regularization method 
[45]  and  finally  the  hybrid  regularization  method  [41].  The  extinction  and 
3500
4500
5500
6500
7500
8500
9500
10500
11500
12500
13500
14500
15500
1.E+04
1.E+06
1.E+08
RCS at 532nm [a.u.]
Altitude  [m ASL]
0
6 4 2
8
10
12
14
% Depolarisation at 532nm
C
P
D
VB.NET PDF Text Add Library: add, delete, edit PDF text in vb.net
How to VB.NET: Add Text to PDF Page. Add necessary references: This is a piece of VB.NET demo code to add text annotation to PDF page.
adding text to a pdf in acrobat; add text to pdf in acrobat
C# PDF Text Add Library: add, delete, edit PDF text in C#.net, ASP
A best PDF annotation SDK control for Visual Studio .NET can help to add text to PDF document using C#. C#.NET Demo Code: Add Text to PDF Page in C#.NET.
add text pdf file acrobat; how to add text to a pdf file in acrobat
LIDAR-based methodology
II 
30
backscatter coefficients at a given altitude can be expressed by two Fredholm 
equations:  
(
)
(
)
max
max
min
min
2
2
, ,
( ) ;
, ,
()
r
r
a
ext
a
r
r
r Q
Q
r m n r dr
r Q r m n r dr
π
α
π
λ
β
π
λ
=
=
Eq. (20) 
where n(r) is the volume concentration distribution [aerosols cm
-3
], r
min
and r
max
are  the  minimum  and  maximum  radius  of  the  particles,  m  is  the  complex 
refractive index and Q  is the extinction and backscatter efficiency (i.e. ratio of 
scattering and geometric cross-sections). Basically 
α
a
and 
β
a
are calculated cf. 
Eq. (20) iterating on a matrix of particle radius and complex refractive index, up 
to values that minimize the difference with the lidar observed values. To choose 
ranges for the radius, it should be noticed that only particles with radii of the 
order  of  the magnitude  of the  measurement  wavelengths  (355  to  1064  nm) 
possess particle-size-dependent scattering efficiencies and therefore are suitable 
for inversion. The  key parameter that best describes the radiative properties of a 
given size distribution is the surface-area weighted effective radius r
e
which is 
defined as: 
( )
(
)
(
)
3
2
,
,
e
n r Z r dr
r
r Z
n r Z r dr
r
=
Eq. (21) 
where r
e
[
µ
m] is the  effective radius and n (r, Z) [cm
-3
µ
m
-1
] is the  aerosol 
number  concentration  distribution.  The  total  surface-area  concentration  a
[
µ
m
2
cm
-3
], the total volume concentration v
[
µ
m
3
cm
-3
], and the total number 
concentration n
t
of particles [cm
-3
] are given, respectively, by 
( )
( )
( )
2
3
4
4
;
;
3
t
t
t
a
n r r dr v
nr r dr n
nr dr
π
π
=
=
=
Eq. (22) 
The JFJ-LIDAR allows obtaining the extinction and backscatter coefficients at 
three different wavelengths: 355, 532 and 1064 nm which are considered as 
solutions and thus criteria of stopping iterations on the hybrid-regularization 
method used in this work. Using this method one can perform the inversion with 
three-backscatter coefficients and one-extinction values up to 10 % of noise. In 
general,  it  was  found  that  inversion  errors  increase  with  the  reduction  of 
measurement data and that higher accuracy of the reduced data set is required 
for a successful inversion. Simulations showed that for [41] noiseless data, the 
mean and integral parameters of the particle size distribution, (effective radius, 
total  surface-area  concentration,  total  volume  concentration  and  number 
concentration of particles), with the exception of the number concentration, can 
be limited to  7  % error in the  case  of three  backscatter and  two  extinction 
coefficients  [42],  which  is  the  case  for  the  JFJ-LIDAR  system.  The 
VB.NET PDF Text Box Edit Library: add, delete, update PDF text box
VB.NET PDF - Add Text Box to PDF Page in VB.NET. Add Annotation – Add Text Box Overview. Adding text box is another way to add text to PDF page.
how to add text to a pdf document using acrobat; how to add text to pdf document
LIDAR-based methodology
II 
31
microphysics calculated within this work is using a program-software developed 
at the Institute of Mathematics of the University of Postdam (IMP) based on the 
hybrid regularization method. This method uses variable projection dimension 
and variable B-spline order as well as truncated singular-value decomposition 
(TSVD) simultaneously for ill-posed inversion with a known or an unknown 
refractive index. In the latter case, it performs a set of solutions for a suitable 
refractive index grid and selects the one that minimizes the errors between the 
input extinction  and  backscatter  coefficients,  and the coefficients  calculated 
using Mie theory. The minimizations are based on the absolute and the relative 
error of the lidar-calculated data [41, 42].   
2.3  Inelastic (Raman) scattering 
The Raman effect occurs when the laser radiation is inelastically (
λ
D
=
λ
λ
L
±
∆λ
R
 scattered  from  molecules,  and  the  resulting  frequency  shift  (
∆λ
R
 is 
characteristic of the molecule involved. Two types of Raman scattered radiation 
are observed: Stokes, 
λ
R
λ
L
∆λ
R
,  and anti-Stokes, 
λ
R
λ
L
∆λ
R
. The 
interaction  between  the  electric  dipole  moment  of  the  molecule  and  the 
excitation radiation induces a change in the rotational and/or vibrational states of 
the molecule [46]. In this process, quanta of energy hc/
∆λ
R
is exchanged, where 
h
ν
R
= E
1,v,r 
- E
2, v, r
is the energy difference between two stationary states E
1
and 
E
2
of the molecule (for example, two vibrational or rotational energy levels).  
The Raman frequency shift 
∆ν
R
is completely independent of the incident light 
frequency, v. Raman spectra are studied using light sources in the visible or 
ultraviolet due to the 
λ
-4
dependency of the Raman cross-section. Raman and 
Infrared (IR) absorption spectra are often complementary, since vibrations and 
rotations that are not observable in the IR may be active in Raman. Raman 
scattering  is  linked  to  molecular  polarizability  (
α
).  The  changes  in  the 
polarizability  due  to  the vibration-rotation  motion  will  contribute to Raman 
transitions.  In  order  for  a  vibration  or  rotation  to  be  Raman-active,  the 
polarizability must change during the rotation or vibration causing the molecule 
to get an induced dipole moment. Any non-spherical molecule can change its 
polarizability and thus they are Raman active. Homeopolar molecules, such as 
O
2
, and N
2
, which are not infrared active in terms of absorption, are thus Raman-
active. The Raman spectra of N
and O
2
molecules (~99 % of atmosphere) and 
of water vapor  (H
2
O) are addressed within this work via the Raman-based lidar 
applications.  
N
and  O
  
(class  of  symmetry D
h
)  have  a  single  symmetrical  elongation 
vibration  mode 
N
N
and  the  selection  rules  for  vibrational  Raman 
transition are 
v = 0,
±
1,
±
2.., where v denotes the vibrational quantum number. 
For each vibrational band, the rotational Raman selection rules conduct to three 
LIDAR-based methodology
II 
32
spectral bands called O  (for 
J = -2), Q (for 
J = 0) and S (for 
J = +2), where 
J denotes the rotational quantum number. 
Water vapor (class of symmetry C
2h
) is a tri-atomic plane molecule (see Figure 
7) with 3 degrees of freedom. The three corresponding normal vibrational modes 
are:  symmetrical  elongation  (
ν
1
),  deformation  of  bond  angle  (
ν
2
)  and  anti-
symmetrical elongation (
ν
3
). 
Figure 7 The three normal vibration modes of the water vapor molecule 
The  selection  rules  are 
v
i
 0,
±
1,
±
2,..,  where  v
i
denotes  the  vibrational 
quantum number, and i =1,2, …  the 
ν
vibrational modes. The most probable 
and important mode (i.e. intense) is the oscillation 
ν
2. 
For 
v
= 0 and 
J = 0 the 
Cabanne scattering line is obtained. For 
v
= 0 but 
J = 
±
2, the pure rotational 
 and  S  Raman  spectral  bands  are  obtained.  At  normal  atmospheric 
temperatures most molecules are in their vibrational ground state v = 0. Thus 
Stokes bands will be much more important than anti-Stokes ones.  
In addition, there is a sharp decrease of intensity as the vibrational quantum 
number v increases, due to the relative population of states as defined by the 
Boltzmann distribution. The laser excitation of O
2
, N
2
, and H
2
O atmospheric 
molecules  will  give  essentially  Stokes  type  transitions.  For  illustration,  the 
Raman spectra of a diatomic molecule is shown in Figure 8 [26]. Stokes and 
anti-Stokes branches of the rotational-vibrational structure are shown as well as 
the pure rotational one. 
The first Stokes band is shown in detail. The rotational structure of the Q-branch 
is also shown. Often the Q branch is considered as a ''single'' line because its 
rotational lines are much less widely spaced than in the O - or S - branches. 
Typically the width of the Q-branch ranges from tenths of cm
-1
to tens of cm
-1
The intensity of a Raman line is determined by the scattering cross-section value 
of the transition between the energy levels. In the case of vibrational-rotational 
transitions,  according  to  the  polarizability  theory  [47],  the  scattering  cross-
section of a transition can then be expressed through the matrix elements of the 
polarizability tensor. 
ν
1
=3657.05 cm 
–1
(rel.int. 0.07)
ν
2
=1594.75 cm
-1
(rel.int.1.47)
ν
3
=3755.93 cm
-1
(rel.int.1)
LIDAR-based methodology
II 
33
σ
[cm
-1
λ
[nm] 
1
0
2
0
1
0
Raman pure 
rotational band 
Raman rotational-vibrational 
bands (Stokes part) 
Raman rotational-vibrational 
bands (anti-Stokes part) 
ω
ω
ω
υ
''=0
υ
'=1 
J’’=0 
J’’=5 
J’=5 
J’=0 
Q(5) 
Q(0) 
S(0) 
S(3) 
O(5) 
O(2) 
υ
''=0 
υ
'=1 
J’’=0 
J’’=5 
J’=5 
J’=0 
Q(5) 
Q(0) 
S(0) 
S(3) 
O(5) 
O(2) 
υ
''=0
υ
'=1 
J’’=0 
J’’=5 
J’=5 
J’=0 
S(2) 
S(5) 
S(3) 
S(0) 
Rayleigh 
line 
Excitation 
The expression for the total (sum of cross-sections of Q, O and S branches) 
Raman backscattering cross-section of a shifted vibrational-rotational Raman 
band 
ν
j
is given after [48] as follows:  
(
)
(
)
(
)
(
)
4
4
2
0
2
2
0
2
,
45
7
45
1 exp
j
j
j
j
j
j
j
B
b
d
g
a
d
hc
kT
υ
υ
π
σ υ υ
γ
υ
=
+
Eq. (23) 
where 
ν
[cm
-1
] is the frequency of the j
th
vibrational mode of the molecule, b
j
is 
the zero amplitude of the j
th
vibrational mode, T [K] is the temperature, g
j
is the 
degeneracy of the j
th
vibrational mode, a
j
and 
γ
j
are the isotropic and anisotropic 
components  of  the  polarizability  tensor  derived  with  respect  to  the  normal 
coordinates, and k
B
is the Boltzmann constant. 
Figure  8  Energy  levels  diagrams  and  the  correspondent  Raman  spectra  for  a 
diatomic molecule [26] 
The Raman processes have relatively low efficiency (cross-sections ranges from 
10
-32
to 10
-28 
cm
2
.molec
-1
) compared with  Rayleigh scattering  which  is  ~3-5 
orders of magnitude higher. The efficiency of this process is higher in the UV, at 
LIDAR-based methodology
II 
34
shorter wavelengths, since the Raman differential cross-section follows a 
λ
-4
law. The choice of the excited wavelength is a key factor and a compromise has 
to be found between skipping the trace gases (i.e. ozone) molecular absorption 
in the solar - blind UV regions, avoiding the strong solar radiation influence in 
the VIS spectral range and accommodating the complexity of the laser source. 
The  Raman  lidar  techniques  based  on  pure  rotational  spectra  are  suitable 
because of the higher intensity of the pure rotational lines (~10
2
-10
3
greater than 
the rotational-vibrational ones [48]). The choice of the exciting wavelength has 
to  be  made  carefully  in  order  to  avoid  coincidences  with  the  absorption 
wavelengths  of  the  atmospheric  components  or  with  resonant  molecular 
transitions.  Possible  interferences with fluorescence  are  generally negligible. 
The  fluorescence  process  is  efficient,  due  to  cross-sections  around  10
-
20 
cm
2
.molec
-1
, but the lifetime  of the excited  levels, from  10
-6
to 1 s, is in 
general  much  longer  than  the  time  between  two  collisions.  Quenching  by 
collision reduces drastically the efficiency of the fluorescence at least in the 
troposphere. The Raman spectrum of molecule-dependent specific lines, shifted 
with respect to the excitation  wavelength, is produced during  the very short 
interaction lifetime (~10
-14
s) between  the molecule and the electromagnetic 
exciting wave. One of the main advantages of Raman based techniques is the 
fact that using a single wavelength of the excitation radiation one may induce 
simultaneously Raman radiation from different molecules which are present in 
the sampled volume. 
In  Figure  9  Q-branch  Raman 
shifts  for  typical  atmospheric 
molecules are shown. The study 
of  such  a  spectrum  allows 
simultaneous measurements of a 
wide  range  of  components,  and 
absolute  determination  of  their 
mixing ratio. 
Figure 9 Raman frequency shifts of 
 branch  of  the  atmospheric 
molecules  (from [49]) 
In this work, rotational-vibrational Raman spectra of N
2
at 387 nm, H
2
O at 407 
nm excited by 355 nm and the pure rotational Raman spectra of N
2
and O
2
excited at 532 nm are examined. 
The lidar equation [50] for the  Raman process may be written as: 
( , )
( )
exp
( , )
( , )
( , )
Z
R
R
S
Zo
atm
atm
R
L
S
Z
C Z
dz
z
z
Z
λ
α
λ
α
λ
β λ
=
+
Eq. (24) 
Documents you may be interested
Documents you may be interested