Рассеяние лазерного излучения атмосферным аэрозолем

ГЛАВА 7. РАССЕЯНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ АТМОСФЕРНЫМ АЭРОЗОЛЕМ [c.208]

Теоретическое рассмотрение вопроса о состоянии поляризации рассеянного излучения в атмосферном аэрозоле представляет собой весьма сложную задачу. Результаты некоторых решений, полученных в приближении однократного рассеяния и с учетом двукратного рассеяния, обсуждались нами в предыдущих главах. Основные же результаты исследований к настоящему времени получены на основании либо физических, либо численных (методом Монте-Карло) экспериментов и относятся прежде всего к состоянию поляризации для рассеянного назад излучения. Учитывая большое практическое значение этих результатов (например, для задач лазерного зондирования атмосферного аэрозоля) рассмотрим их более подробно. [c.209]

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 аналогичных измерениях в камере искусственных туманов было получено, что в более разреженных дисперсных средах (при меньших оптических диаметрах пучков) границы применимости формул однократного рассеяния смещались в сторону больших оптических толщ и для туманов с р=1,7 м достигали т=16. Следует подчеркнуть, что в описанных экспериментальных исследованиях интенсивности и однократно и многократно рассеянного излучения оставались в этой области оптических толщ меньше ослабленной интенсивности прямого излучения. Более подробный анализ закономерностей энергетического ослабления оптического и лазерного излучения в дисперсных средах на примере атмосферного аэрозоля будет проведен в следующих главах монографии. [c.49]

Количественные данные для границ применимости закона Бугера при распространении узких оптических пучков в атмосферном аэрозоле впервые были получены в [13, 30] и подробно обсуждены в монографии [12]. Основной результат измерений с узким пучком от гелий-неонового лазера на длине волны 0,63 мкм (геометрический диаметр пучка 8 мм,угловое расхождение 6 мин), полученный в камере искусственных туманов (для туманов парения), показан на рис. 5.1. Прямая 1 в полулогарифмическом масштабе рисунка соответствует экспоненциальному ослаблению интенсивности по закону Бугера, прямая 2 — экспоненциальному закону ослабления фонового излучения от лазера. Кривые 3 п 4 являются результатами измерений для туманов парения и древесных дымов соответственно. Как видно из рисунка, ослабление интенсивности лазерного пучка совпадает с экспоненциальным законом затухания до оптических толщ т = 22, а интенсивность рассеянного излучения на глубине и далее уменьшается очень слабо. [c.152]

Проблемы распространения лазерного излучения в атмосферном аэрозоле представляют в настоящее время чрезвычайно важный интерес в связи с широким практическим использованием лазеров и как инструментов исследований, и как элементов устройств различного назначения, работающих через атмосферу. С точки зрения распространения в атмосферном аэрозоле лазерные пучки имеют особенности, к числу которых следует отнести прежде всего обычно высокую степень пространственно-временной когерентности и поляризации излучения, а также пространственно-угловую ограниченность пучков. Эти особенности оптических пучков не являются специфическими только для лазерных источников и могут быть получены, если в этом есть потребность, для других типов источников (газоразрядных, тепловых и т. п.). Поэтому рассмотренные в этой главе вопросы рассеяния не относятся к числу специфических только для лазерного излучения. Названием главы в данном случае подчеркивается лишь совокупность рассмотренных вопросов, представляющих основной интерес при рассеянии именно лазерных пучков. [c.208]

Взаимодействие лазерного излучения с составляющими атмосферы характеризуется следующими основными физическими эффектами 1) поглощением газами 2) молекулярным рассеянием 3) рассеянием и поглощением аэрозолями 4) резонансным рассеянием 5) комбинационным рассеянием 6) флуоресценцией атмосферных газов и аэрозолей 7) нелинейными эффектами. Перечисленные явления могут рассматриваться независимо, что позволяет выбором параметров зондирующего излучения свести к минимуму тот или иной эффект или наоборот усилить [c.15]

Распространяясь в атмосферном канале, лазерное излучение испытывает энергетическое ослабление за счет его поглощения атомами, молекулами и аэрозолями, а также изъятия части энергии за пределы канала при рассеянии на молекулах и аэрозолях. Под коэффициентом ослабления атмосферного канала распространения излучения с частотой V в направлении г понимают коэф фициент пропорциональности в законе Бугера — Бэра, который в дифференциальной форме для плоской волны записывается в виде [c.33]

Разнообразие метеорологических условий по трассе распространения лазерного излучения и специфические особенности ослабления в различных участках спектра требуют огромного объема исходной информации и соответствующих громоздких вычислений. В связи с этим для численной оценки пропускания атмосферы, обусловленного поглощением и рассеянием атмосферными газами и аэрозолями, требуются мощная вычислительная техника и специализированные автоматизированные системы расчета. [c.39]

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]

Важной моделью рассеиваюш ей поверхности является ламбертовская [49, 50]. Эта модель широко используется при описании рассеяния от шероховатых поверхностей и, в частности, рассеяния лазерного излучения на атмосферном аэрозоле [49, 50, 81, 86, 90]. Для ламбертовской поверхности среднее У р[у п) X [c.41]

К указанным методам, которые уже находятся в различных стадиях технической реализации, относятся дистанционный анализ атомного состава вещества аэрозолей и некоторых метеопараметров на основе собственного электромагнитного и акустического излучения плазмы низкопорогового оптического пробоя приземной атмосферы диагностика спектров размеров частиц водного аэрозоля по эффекту нелинейного комбинационного рассеяния излучения на собственных частотах резонансных колебаний формы частиц, возбуждаемых импульсно-периодическим лазерным излучением высокочувствительный гомодинный (гетеродинный) прием слабых ИК-сигналов и газоанализ малых атмосферных примесей с использованием эффектов нелинейного взаимодействия опорного и отраженного излучений в резонаторе лазера. [c.234]

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]

Здесь и (Р ) — компоненты мощности рассеянного в обратном направлении лазерного излучения, которые соответственно поляризованы перпендикулярно и параллельно плоскости поляризации падающего начального излучения буквенные индексы указывают на атмосферные компоненты, ответственные за рассеивание- А — аэрозоли, W — водяные капли, / — кристаллы льда и М — молекулы. Лидарные исследования деполяризации излучения, отраженного от облаков, выявили величины бр, которые изменяются от величины, близкой к нулю, до 0,5. Больщие значения степени деполяризации обычно связывают с влиянием частиц пыли и льда. В ряде работ [47, 357] с помощью измерений получено значение степени деполяризации, превыщающее единицу. Высказано предположение [47], что такие поляризационные характеристики могут возникнуть, если существует анизотропный слой частиц с предпочтительной ориентацией в определенном направлении, возникающий благодаря ветровому сдвигу или другим регулирующим процессам. [c.397]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...