Метод дистанционной диагностики окружающей среды на основе эффекта СКР в УФ диапазоне длин волн

• Автор: Жарков, Виктор Иванович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1 Дистанционный контроль загрязнения атмосферы

1.1 Дистанционная спектроскопия атмосферы

1.1.1 Эффект поглощения

1.1.2 Эффект флуоресценции

1.1.3 Эффект спонтанного комбинационного рассеяния

1.2 СКР-лидар как инструмент диагностики газового состава атмосферы

2 Анализ возможности применения лидарного метода на основе СКР для дистанционной диагностики молекулярных систем в атмосфере в УФ диапазоне длин волн

2.1 Факторы, ограничивающие чувствительность СКР-лидарного метода

и способы их устранения
2.1.1 Флуоресценция исследуемых веществ
2.1.2 Фоновое излучение
2.1.2.1 Фон естественного излучения
2.1.2.2 Фон искусственного освещения
2.1.3 Ослабление атмосферой
2.1.4 Помеха несмещенного рассеяния
2.1.5 Спектр возбуждающего излучения
2.1.6 Энергетические характеристики лазерного излучения
2.1.6.1 Плотность мощности лазерного излучения
2.1.6.2 Энергия фотона и плотность энергии лазерного импульса
2.1.7 СКР-лидарные отклики от основных газовых составляющих атмосферы
2.2 Потенциальные возможности лидара на основе эффекта СКР
2.2.1 Уравнение лазерной локации для эффекта СКР
2.2.2 Параметры СКР-лидара
2.2.3 Геометрическая функция лидара

2.2.4 Сечения СКР
2.2.5 Концентрации исследуемых веществ
2.2.6 Критерий обнаружения
2.2.7 Расчет времени обнаружения
3 Экспериментальное исследование СКР-лидарного метода обнаружения химических соединений
3.1 Аппаратура лидара
3.1.1 Источник излучения
3.1.2 Приемный телескоп
3.1.3 Блок спектральной селекции
3.1.4 Система фотодетектирования
3.1.5 Оптическая схема лидара
3.1.6 Общая конструкция лидара
3.2 Экспериментальное исследование возможностей СКР-лидара при обнаружении паров веществ в атмосфере
3.2.1 Схема экспериментов
3.2.2 СКР-лидарные отклики чистой атмосферы
3.2.3 Методика получения контролируемых концентраций вещества в газовой фазе
3.2.3.1 Вакуумная кювета
3.2.3.2 Открытая кювета
3.2.4 Экспериментальная оценка предельной чувствительности СКР-лидара при обнаружении паров в атмосфере
3.3 Экспериментальное исследование возможностей СКР-лидара при обнаружении следов химических соединений на поверхности
3.3.1 Методика получения контролируемых концентраций вещества в конденсированной фазе
3.3.2 Схема экспериментов
3.3.3 Экспериментальная оценка предельной чувствительности СКР-лидара при обнаружении следов

3.3.4 Исследование эффективности процесса обнаружения следов
3.3.5 Дистанционная визуализация следов химических соединений с помощью эффекта СКР
3.3.6 Исследование влияния подложки на чувствительность СКР-лидарного метода обнаружения следов
Результаты
Список литературы

Рисунок 2.4 - Типичные спектры СКР и флуоресценции, при возбуждении
различными длинами волн
Из рассмотренных методов выделения сигналов СКР на фоне сигнала флуоресценции лишь метод спектрального разделения спектров позволяет полностью устранить сигналы флуоресценции. Как показывает анализ литературных источников, надежное разделение спектров флуоресценции и СКР возможно при использовании возбуждающего излучения с длиной волны короче 250 нм.
2.1.2 Фоновое излучение
Фоновое излучение вносит вклад в величину оптической помехи, являющейся существенным шумовым фактором в лидарных измерениях. При малой интенсивности полезного сигнала, фоновое излучение будет существенно ограничивать чувствительность лидара. При разработке лидара важно оценить уровень фонового излучения и по возможности минимизировать его. Спектральный состав и распределение интенсивности фонового излучения, очевидно, определяется свойствами источников фонового излучения, которые, в