ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Зондирование возбужденных газовых систем, газовых потоков, аэродинамических струй и плазмы с помощью КАРС из "Физика мощного лазерного излучения " В работах группы Ж.-П. Тарана (Франция) спектроскопия КАРС впервые была использована для измерения абсолютной концентрации молекул примеси в буферном газе (Н2 в атмосфере N2), для измерения локального распределения молекул определенного сорта в стационарных струях и пламенах и для измерения пространственного распределения температуры в пламенах [44]. [c.285] И вторым возбужденными колебательными состояниями N2 (сателлиты сильных линий). [c.287] С помощью спектроскопии КАРС можно определить и вращательную температуру молекул. Это можно сделать, измеряя распределения интенсивности либо в чисто вращательном спектре КР молекул, либо в колебательно-вращательных 0-у Р% R- и S-ветвях, либо в разрешенной структуре -полосы спектра КР. Экспериментальная реализация последнего случая обычно п13още, поскольку 2-полосы занимают значительно более узкие спектральные интервалы, чем вращательные крылья колебательных переходов. [c.288] На рис. 4.39 приведена спектрограмма распределения интенсивности в -полосе колебательного перехода и = 4 и = 5 молекул N2 в тех же условиях, в которых были получены спектры рис, 4.38, только ширина линии перестраиваемого лазера СО2 была уменьшена с 2 до 0,1 см что позволило разрешить отдельные /--компоненты. Распределение интенсивностей вращательных компонент в спектре рис. 4.39 соответствует больцмановскому, характеризуемому вращательной температурой 7 вр ( 95 15)К. Этой же температурой описывалось и распределение интенсивностей во всех других 2-полосах горячего колебательного спектра N2 в разряде. Таким образом, в эксперименте прослеживается значительный разрыв в колебательной и вращательной температурах молекул N2, возбуждаемых электронным ударом. [c.288] Одним из наиболее перспективных направлений применения спектро- Konrai КАРС в прикладных задачах является дистанционный невозмущающий локальный экспресс-анализ нестационарных газовых струй, реактивных потоков, а также процессов, происходящих в двигателях внутреннего сгорания. Слабость сигнала и невозможность применения эффективной пространственной фильтрации полезного сигнала затрудняют или делают невозможным использование спектроскопии спонтанного КР для диагностики запыленных аэродинамических потоков, процессов сгорания. [c.288] Тем не менее использование КАРС оказывается в этих условиях эффективным. Эта особенность КАРС и других когерентных методов оптического газового анализа привлекла в последнее время большое внимание специалистов в области аэродинамики и инженеров, занимающихся разработкой и усовершенствованием реактивных и ракетных двигателей. [c.289] С помощью различных модификаций КАРС в выхлопных газах реально работающих реактивных и ракетных двигателей в воздушных потоках аэродинамических труб были проведены измерения распределения молекул определенных сортов, колебательной и вращательной температур различных компонент газовых смесей, их абсолютных и парциальных давлений (см. ссылки в обзоре [42] ). [c.289] В сверхзвуковой струе при расширении газа происходит его глубокое охлаждение, при котором вращательная температура падает до десятков кельвинов. Это сильно упрощает структуру полос КР, так как заселенными остаются только нижние вращательные подуровни. Для их разрешения даже в случае двухатомных молекул необходимо иметь лазеры с очень узкой линией генерации и одновременно большой пиковой мощностью, поскольку плотность газовых молекул в струе мала. Однако эти трудности удается преодолеть, используя нестационарный вариант КАРС и переходя от регистрации спектров к измерению временного поведения когерентного возбуждения, зондируемого с переменной задержкой после воздействия пикосекундных импульсов бигармонической накачки. [c.289] Другим важным направлением использования методов когерентной спектроскопии КР света в прикладных целях может стать локальная диагностика параметров плазмы, в том числе эрозионной лазерной плазмы. Применение спектроскопии КАРС предоставляет возможность лазерной диагностики плотности плазмы, электронной и ионной температуры и других локальных параметров плазмы. [c.291] Сигнал регистрировался с помощью оптического многоканального анализатора, причем последний открывался только на время 60 не электрическим импульсом, синхронизованным с импульсами задающего лазера КАРС-спектрометра. [c.291] Лазерная плазма содержит возбужденные атомы и ионы атмосферных газов и материала мишени. При попадании одной из волн, участвующих в когерентном четырехфотонном процессе по схеме КАРС (соа = 2со1 — СО2), в резонанс с переходом в атоме или ионе наблюдается резкое возрастание сигнала на антистоксовой частоте. Таким образом были получены резонансы в сигнале КАРС, соответствующие переходам - 5(1 02 иона А1 П, 43 8112 АИП и 4рР иона индия 1п П. [c.292] На том же рис. 4.43 показана зависимость интенсивности спонтанного свечения исследуемых ионных линий NII от времени задержки. Максимумы этого свечения и сигнала КАРС сильно разнесены во времени максимум свечения наблюдается при нулевых задержках, а максимум сигнала КАРС — при задержках в сотни наносекунд. Этот факт связан с тем обстоятельством, что интенсивность сигнала КАРС пропорциональна квадрату разности населенностей состояний, на которых происходит рассеяние, в то время как интенсивность спонтанного излучения прямо пропорциональна населенности верхнего состояния. Таким образом, динамика изменения интенсивности отражает процессы релаксахщи населенностей возбужденных состояний. [c.293] Использование явления обращения волнового фронта позволяет применять технику когерентной спектроскопии КР (в поляризационном варианте) для дистанционного зондирования воздушных и водных сред, что имеет большое значение в разработке оперативных оптических методов контроля состояния окружающей среды. [c.293] Вернуться к основной статье