Rotational Spectroscopy on Propylene Oxide and Styrene Oxide and Development of a Chirped-Pulse Fourier Transform Spectrometer around 105 GHz

Stahl, Pascal

dc.date.accessioned	2022-08-29T11:54:15Z
dc.date.available	2022-08-29T11:54:15Z
dc.date.issued	2022
dc.identifier	doi:10.17170/kobra-202207216496
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/123456789/14111
dc.description	Zugleich: Dissertation, Universität Kassel, 2022	ger
dc.language.iso	eng	eng
dc.publisher	kassel university press
dc.rights	Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/	*
dc.subject	laboratory astrophysics	eng
dc.subject	chirped-pulse Fourier-transform spectroscopy	eng
dc.subject	high-resolution rotational spectroscopy	eng
dc.subject	molecular physics	eng
dc.subject	internal rotation	eng
dc.subject.ddc	530
dc.title	Rotational Spectroscopy on Propylene Oxide and Styrene Oxide and Development of a Chirped-Pulse Fourier Transform Spectrometer around 105 GHz	eng
dc.type	Buch
dcterms.abstract	Over the last 60 years, the developments and accomplishments in radio astronomy and molecular astrochemistry have gone hand-in-hand with those of high-resolution rotational spectroscopy and high frequency technology. As of today, about 250 molecules have been found in space by their unambiguous characteristic spectral fingerprints. The majority of the already detected interstellar molecules was identified by the comparison of laboratory data fromhigh-resolution spectrometers operating in the microwave, millimeter wave, and sub-millimeter wave region with the observational spectra that were obtained from radio telescopes. Thus, the acquisition of high-resolution laboratory data and the development of efficient spectrometers to record these spectra are mandatory in order to elucidate the stunning phenomena that can be observed in space. One of the main aims of this work was to develop a high-resolution chirped-pulse Fourier transform spectrometer operating in the millimeter wave region that is able to record rotational spectra of molecules of astrophysical relevance. A variety of concepts and techniques of state-of-the-art chirped-pulse spectrometers and superheterodyne receivers such as segmenting, frequency conversion and mixing, and pulse switching were incorporated into the instrument. The developed spectrometer is an automatised high-resolution chirped-pulse Fourier transform spectrometer that operates between 100–112.5 GHz. It employs a powerful millimeter wave radiation source with an output power of up to 1W(30 dBm). The mean noise temperature of the receiver was characterised by a hot-cold measurement to be about 1153 K. Several molecular spectra were recorded in a room-temperature cell and with supersonic jets withmultipass reflection optics. The spectra exhibit reasonable signal-to-noise ratios and a high frequency accuracy. The results demonstrate that the newly built spectrometer iswell suited to study molecules of astrochemical relevance.	eng
dcterms.abstract	Über die letzten 60 Jahre hinweg gingen die Entwicklungen und Fortschritte in der Radioastronomie und Astrochemie Hand in Hand mit derer der hochauflösenden Rotationsspektroskopie und Hochfrequenztechnik. Bis heute sind etwa 250 Moleküle durch ihre eindeutigen charakteristischen spektralen Fingerabdrücke im Weltraum entdeckt worden. Die Mehrheit der bereits detektierten Moleküle im Weltraum wurde durch den Vergleich von Labordaten von hochauflösenden Spektrometern im Mikrowellen, Millimeterwellen-, und Sub-Millimeterwellenbereich mit den beobachteten Spektren von Radioteleskopen identifiziert. Deshalb ist das Messen von hochaufgelösten Spektren von Molekülen im Labor und die Entwicklung von effizienten Spektrometern zur Aufnahme dieser Spektren zwingend notwendig, um die atemberaubenden Phänomene zu verstehen, welche im Weltraumbeobachtet werden können. Ein wesentliches Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines hochauflösenden Chirpedpulse Fourier-Transform Spektrometers, welches im Millimeterwellenbereich arbeitet und die Rotationsspektren von astrophysikalisch relevanten Molekülen aufnehmen kann. Eine Reihe von Methoden und Techniken von hochmodernen Chirped-pulse Spektrometern und Superheterodynempfängern wurden in den experimentellen Aufbau implementiert. Dazu gehören z.B. das Segmentieren der Bandbreite, die Frequenzvervielfachung und das Mischen von Frequenzen sowie das schnelle Schalten der Chirped-pulse. Das entwickelte Spektrometer ist ein automatisiertes, hochauflösendes Chirped-pulse Fourier-Transform Spektrometer, welches im Bereich von 100–112.5GHz arbeitet. Das Instrument besitzt eine leistungsstarke Strahlungsquelle im Millimeterwellenbereich mit einer Ausgangsleistung von bis zu 1 W (30dBm). Die mittlere Eigenrauschtemperatur des Empfängers von etwa 1153K wurde mithilfe des Hot-Cold-Verfahrens bestimmt. Diverse Molekülspektren wurden in einer Vakuumzelle bei Raumtemperatur sowie mit einem Überschall-Düsenstrahl unter Verwendung einer Multipassreflektionsoptik aufgenommen. Die Spektren weisen gute Signal-zu-Rausch-Verhältnisse und eine hohe Frequenzgenauigkeit auf. Die Ergebnisse des neuen Spektrometers zeigen, dass dieses gut dafür geeignet ist, astrophysikalisch relevante Moleküle zu untersuchen. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit stellte die Untersuchung der chiralen komplexen organischen Moleküle Styroloxid und Propylenoxid im Labor dar, um deren dichte Rotationsspektren zu entschlüsseln und so Astronomen die Suche nach den spektralen Fingerabdrücken dieser Moleküle im Weltraum zu ermöglichen. Für die Aufnahme der Rotationsspektren wurden hochauflösende Chirped-pulse Fourier-Transform-Spektroskopie und 2f Modulations-Absorptionsspektroskopie vom Mikrowellenbereich bis hin zum Sub-Millimeterwellenbereich verwendet. Quantenchemische Rechnungen haben die Auswertung der Moleküle ergänzt.	ger
dcterms.accessRights	open access
dcterms.creator	Stahl, Pascal
dcterms.dateAccepted	2022-03-31
dcterms.extent	xx, 210 Seiten
dc.contributor.corporatename	Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften
dc.contributor.referee	Giesen, Thomas (Prof. Dr.)
dc.contributor.referee	Schlemmer, Stephan (Prof. Dr.)
dc.contributor.referee	Ehresmann, Arno (Prof. Dr.)
dc.contributor.referee	Fricke, Burkhard (Prof. Dr.)
dc.publisher.place	Kassel
dc.relation.isbn	978-3-7376-1057-5
dc.subject.swd	Astrophysik	ger
dc.subject.swd	Fourier-Spektrometer	ger
dc.subject.swd	Rotationsspektrum	ger
dc.subject.swd	Spektroskopie	ger
dc.subject.swd	Molekülphysik	ger
dc.subject.swd	Innere Rotation	ger
dc.type.version	publishedVersion
kup.iskup	true
kup.price	39,00
kup.subject	Naturwissenschaft, Technik, Informatik, Medizin
kup.typ	Dissertation
kup.institution	FB 10 / Mathematik und Naturwissenschaften
kup.binding	Softcover
kup.size	17 x 24 cm
ubks.epflicht	true