Поглощение интенсивного лазерного излучения в атмосфере

При распространении в молекулярных газах и атмосфере интенсивного лазерного излучения коэффициент поглощения к может зависеть от интенсивности в силу действия целого ряда нелинейных спектроскопических эффектов таких, как спектроскопический эффект насыщения, динамический эффект Штарка, изменение потенциала межмолекулярного взаимодействия в сильном электромагнитном поле резонансной и нерезонансной частоты, воздействие поля электромагнитного излучения на динамику столкновений, многофотонные процессы и т. д. [c.222]

Распространяясь по атмосферной трассе зондирования, лазерный импульс испытывает поглощение и рассеяние на молекулах и аэрозолях атмосферы. Часть излучения, рассеянная атмосферой назад в направлении лидарной системы, может быть собрана и сфокусирована с помощью приемной антенны на фотодетектор, который преобразует ее в электрический сигнал, пропорциональный падающему световому потоку. При этом расстояние до любого рассеивающего объема на трассе зондирования однозначно определяется по значению временного интервала с момента посылки лазерного импульса, поскольку свет распространяется с известной скоростью. А интенсивность принятого сигнала в каждый конкретный момент времени зависит как от свойств конкретного рассеивающего объема атмосферы, так и от характеристик всей атмосферной трассы зондирования на двойном пути от лидара до рассеивающего объема и обратно. Приведем функциональную связь между всеми параметрами приемопередающей системы лидара и интенсивностями принимаемого с различных расстояний протяженной трассы зондирования локационного сигнала [43] [c.41]

На рис. 6.1 изображен спектр пропускания атмосферы для приземной трассы протяженностью 1,2 км [12]. В верхней части рисунка приведены спектральные интервалы полос поглощения некоторых атмосферных газов, ранжированные по значениям интегральных интенсивностей. В УФ и видимом диапазонах спектра расположены самые интенсивные полосы поглощения Оз, SO2 и NO2. Наиболее эффективными лазерными источниками в этих диапазонах спектра являются эксимерные лазеры с преобразователями частоты излучения в длинноволновую сторону с помощью ВКР-ячеек высокого давления. Эти спектральные диапазоны могут быть также эффективно перекрыты с помощью генераторов гармоник излучения лазеров на активированных кристаллах с помощью современных высокоэффективных нелинейных кристаллов ВВО или LBO. [c.163]

Дифференциальное поглощение лазерного излучения молекулами вещества данной компоненты является чувствительным и селективным методом измерения содержания конкретной компоненты в атмосфере. Существуют два метода проведения таких измерений. Оба предполагают использование двух лазерных импульсов с незначительно отличающимися длинами волн (одна выбрана таким образом, что находится в сильно поглощающей части интенсивной линии поглощения молекул интересующей нас компоненты атмосферы, другая соответствует дальней части крыла этой линии поглощения) и последующее сравнение ослабления этих двух импульсов. Разница в методах объясняется разным механизмом отражения лазерного излучения к приемной системе лидара. В одном методе используется упругое рассеяние от атмосферных аэрозолей и включений — это метод ДПР (дифференциальное поглощение и рассеяние). Другой метод основан на рассеянии лазерного излучения от какой-либо удобно расположенной топографической мишени. Предельным случаем второго метода может служить использование уголкового отражателя. [c.276]

При распространении лазерного излучения по наклонной трассе в атмсофере условия поглощения молекулами атмосферных газов непрерывно изменяются. Эти изменения связаны с целой серией рассмотренных выше факторов, из которых наиболее существенными являются 1) зависимость полуширин линий поглощения от общего и парциального давлений газов и температуры 2) зависимость положения центров линий от общего давления и температуры 3) зависимость интенсивности от температуры 4) зависимость коэффициентов континуального поглощения (крыльями линий) от температуры, общего давления и парциального давления поглощающего газа. Все перечисленные зависимости были рассмотрены в предыдущих параграфах, что позволяет сделать вывод о возможности прямого расчета поглощения лазерного излучения в атмосфере по неоднородным трассам. [c.216]

В связи с использованием лазеров развиваются исследования особенностей распространения лазерного луча в атмосфере. Из-за высокой монохроматичности лазерного излучения даже в окнах прозрачности атмосферы лазерный луч может сильно ослабляться. В тонкой структуре спектра поглощения атмосферы в этих окнах имеются относительно узкие, но сильные полосы поглощения. Количественные оценки П. э. а. для лазерного излучения требуют знания (с весьма высокой точностью) положения, интенсивности и формы лвний тонкой структуры спектров атм. газов. Большая мощность излучения лазеров ( 10 Вт/см ) может вызывать разл. рода нелинейные эффекты (многофотонные эффекты, приводящие к пробою в газах спектро-скопич. эффекты насыщения, вызывающие частичное просветление газов эффекты самофокусировки оптич. пучков, вызываемых зависимостью коэф. преломления среды от мощности потока излучения, и др.). При малой длительности оптич. импульсов ( 10 с) могут возникать явления, приводящие к отклонению ослабления излучения от закона Бугера. [c.137]

Прин ,и1п работы лидара на дифференциальном поглощении рассеянного излучения заключается в поглощении выбранного вида молекул атмосферы. При этом используется по крайней мере два лазерных пучка с различными длинами волн, которые последовательно или одновременно посылаются вдоль одной и той же трассы в атмосферу. Один лазерный пучок поглощается исследуемыми молекулами, в то время как другой с близкой длиной волны— поглощается не очень сильно. Поскольку пучки спектрально разделены небольшим промежутком длин волн, то сечения аэрозольного рассеяния можно считать практически одина1ковым и для обоих случаев. Различие в интенсивности рассеяния лучей в атмосфере обусловлено разницей в их поглощении исследуемыми молекулами [103, 104]. [c.128]

СО2-лазеры. Этот лазер занимает особое место среди всего многообразия существующих лазеров. Он отличается прежде всего высоким КПД, большой энергией и мощностью излучения. В непрерывном режиме получены мощности в несколько десятков-сотен киловатт импульсная мощность достигает уровня в несколько гигаватт энергия в импульсе измеряется в килоджоулях. Частота следования в импульсно-периодическом режиме может составить несколько килогерц. Длины волн излучения СО2-лазера находятся в диапазоне 9—И мкм (средний ИК-Диапазон) и попадают в окно прозрачности атмосферы. Поэтому излучение СОд-лазера удобно для интенсивного воздействия на вещество (например, в технологических целях резка металлов и диэлектриков, сварка и закалка металлов и т. п.). Кроме того, в диапазон длин волн излучения СОг-лазера попадают резонансные частоты поглощения многих молекул, что делает возможным интенсивное резонансное воздействие лазерного излучения на вещество. Все перечисленные достоинства СОд-лазеров делают их наиболее привлекательными во многих прикладных задачах. Рассмотрим основные принципы его работы и остановимся на особенностях схем и конструктивных решений этих лазеров. [c.45]

На рис. 5.9 из [15] приведены результаты численных оценок погрешностей восстановления концентрации Н2О из лидарных данных с учетом их доплеровского уширения при отражении от молекул воздуха в условиях наличия по трассе зондирования выраженных инверсионных аэрозольных слоев. Рассматривалась линия поглощения Н2О с центром 721,12 нм, интенсивностью 2,95-10 2 см/мол, лоренцовская линия лазерного излучения полагалась гауссовой с полушириной 0,0125 см Ошибки в модельных значениях температуры задавались на уровне —3 К, давления — 10 гПа. Рассматривалось два случая загрязненной атмосферы. Случай превышения концентрации аэрозоля в 2 раза по сравнению с чистой атмосферой отмечены на рис. 5.9 незакрашенными кружками, в 5 раз — черными кружками. Из рисунка видно, что нескорректированные профили Н2О имеют высокий уровень ошибок в районе инверсионных аэрозольных слоев. Ошибки скорректированных профилей наоборот незначительны, хотя в случае замутненной атмосферы они могут достигать 5 % и более в районе инверсионных слоев, лежащих выше 4 км. [c.153]

Для определения вертикального распределения озона в интервале высот 3.. . 13 км использовались длины волн лазерного излучения короче 300 нм (например, Хо = 288,8 нм и >.1=294,5 нм), а в интервале 13... 38 км — длиннее 300 нм ( о = 305,8 нм и >.1 = = 310,8 нм). Такой раздельный режим зондирования обусловлен спецификой высотного хода содержания озона в атмосфере с выраженным стратосферным максимумом. Уровень содержания озона и его рост с высотой в тропосфере и нижней стратосфере позволяют проводить зондирование в более интенсивной части полосы поглощения Хартли. [c.181]

Для каждой молекулы дифференциальное поглощение можно использовать на любой длине волны, где существует ярко выраженная полоса поглощения. Хотя фактически все молекулы обладают интенсивными электронными линиями поглощения, лищь для некоторых из них эти линии расположены в спектральной области, позволяющей осуществлять лазерное зондирование этих молекул в атмосфере (см. разд. 4.5). В то же время в инфракрасном диапазоне спектра много колебательновращательных линий молекул. К сожалению, в нижних слоях атмосферы ущирение линий поглощения за счет соударений между молекулами сильно искажает их форму. Тем не менее изучение возможности зондирования атмосферы с помощью лазера, расположенного на борту космического корабля, показало полезность применения с этой целью лидаров ДПР в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра [309]. По данным авторов, лазерное зондирование в стратосфере целесообразно осуществлять в ультрафиолетовом спектральном диапазоне, а в тропосфере — в инфракрасном диапазоне. При получении этих выводов принимались во внимание такие факторы, как эффективность лазерных систем и процессов рассеяния, ослабление излучения за счет атмосферных газов и аэрозолей, спектральные характеристики имеющих место переходов и оптимальные значения отношения сигнал/щум. [c.345]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...