Dazu wird das frequenzverdoppelte Licht eines Farbstofflasers, der von einem Argonlaser gepumpt ist, mittels eines Teleskops aufgeweitet, über mehrere Kilometer durch die Atmosphäre auf einen Spiegel gerichtet und von dort zurück auf die Sammeloptik vor einem Spektrometer reflektiert. Auf dem Weg durch die Atmosphäre findet in dem Laserstrahl unter anderem schmalbandige Resonanzabsorption durch OH- und andere Moleküle statt.
Dadurch daß im Spektrometer nicht nur eine bestimmte Wellenlänge untersucht wird, sondern über etwa die Hälfte der emittierten Laserwellenlängen durchgestimmt wird, ist es möglich zwischen den Absorptionen der einzelnen Moleküle zu unterscheiden. Jede nachgewiesene Substanz hat in dem Wellenlängenbereich um 308 nm mehrere Absorptionsbanden, die in ihrem Abstand und Absorptionsverhalten charakteristisch für die Substanz sind [Perner et al., 1976].
Durch das Anpassen von Referenzspektren kann die optische Dichte der einzelnen Komponenten (Index i) für den durchstrahlten Lichtweg l ermittelt werden, aus der sich mit dem Lambert-Beerschen Gesetz die Konzentration ci bestimmen läßt.
Hierzu muß der differentielle Absorptionsquerschnitt i jeder Komponente bei der verwendeten Wellenlänge bekannt sein. Dieser wird durch Berechnung aus gemessenen Oszillatorstärken für das OH-Radikal mit einer Genauigkeit von etwa 10 % bestimmt [Hübler et al., 1984, Platt et al., 1988].
Da die Absorption im Vergleich zur Lichtintensität in der Größenordnung von 10-5 liegt, ist das Verfahren rauschanfällig, so daß über längere Meßperioden (ca. 0,5 bis 3 Stunden) gemittelt werden muß.
Nicht nur die Absorptionslinien anderer Substanzen können die Bestimmung der OH-Konzentration stören, sondern auch die Produktion von OH durch den Laserstrahl stellt eine Fehlerquelle für diese Meßmethode dar. Ist die Lichtintensität im Laserstrahl zu hoch, so kommt es verstärkt zur Absorption des Laserlichts durch Ozon, das dabei photolysiert wird (R.1). In der folgenden Reaktion mit Wasser (R.3) werden zwei OH-Radikale produziert, die durch den Probenstrahl gemessen werden können.
Durch die Aufweitung des Laserstrahls über das Teleskop und die Kontrolle der Laserleistung kann dieser Effekt aber minimiert und vernachlässigt werden [Hübler et al., 1984].
Ein weiteres Problem der Meßtechnik liegt in der extrem geringen räumlichen Auflösung, da die Radikalchemie aufgrund der geringen Lebensdauern in der Troposphäre (OH: ca. 1 s) lokal betrachtet werden muß und Transporte keine Rolle spielen. Daher ist die Mittelung über einen Lichtweg von mehreren Kilometern problematisch. Um dieses Problem zu vermeiden, wurde die Faltung des Lichtwegs zwischen zwei Spiegeln entwickelt, bei der die Spiegel einen Abstand von mehreren Metern haben. Das Licht läuft vielfach zwischen ihnen hin und her und somit ergeben sich ebenfalls Lichtwege von Kilometern [Armerding et al.,1994]. Mit dem gefalteten Lichtweg kann ein Detektionslimit von 1,5*106 Molek. cm-3 bei 200 Sekunden Integrationszeit erreicht werden [Dorn et al., 1996]. Die Genauigkeit der Meßmethode hängt in den meisten Fällen nur noch von irregulären Strukturen im Absorptionsspektrum ab und nicht mehr von Photonenstatistik. Auch der differentielle Absorptionsquerschnitt stellt eine sorgfältig zu bestimmende Größe dar, da sein Wert an die Gerätefunktion des optischen Aufbaus und die Fitprozedur angepaßt sein muß. Sonst können Fehler bis zu 40% entstehen. Die Genauigkeit der Meßmethode wird mit 6,5% angegeben [Hausmann et al., 1997].
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