Нелинейная колебательно-вращательная спектроскопия неравновесных многокомпонентных газов и ее применение в диагностике атмосферы

• Автор: Иванов, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 365 с. : ил.

Огчавчение
ГЛАВА I. РОЛЬ ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННОЙ НЕРАВНОВЕСНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ПО СКОРОСТЯМ ПРИ ИК ВОЗБУЖДЕНИИ МОЛЕКУЛЯРНОГО ГАЗА
1.1. Лазерное возбуждение колебательно-вращательного перехода молекул в условиях нарушения максвелловских распределений по скоростям на резонансных излучению уровнях
1.1.1. Вероятности оптическою возбуждения и коэффициент поглощения Модель сильных столкновений
1.1.2. Исследование корректности моделей интеграла упругих столкновений в уравнениях для заселенностей уровней
1.2. Резонансная самофокусировка при лазерно- индуцированной неравновесное распределений молекул по скоростям
1.3. Определение скоростей упруюй и вращательно-неупругой столкновительной релаксации колебательно-вращательных уровней молекул
1.3.1. Теоретическая модель столкновительной релаксации трехуровневой системы
1.3.2. Оценка оптамальных параметров возбуждающе! о лазерного излучения
1.4. Основные результаты Главы
ГЛАВА II. ИК ЛАЗЕРНОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ НИЖНИХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ УРОВНЕЙ МАЛОАТОМНЫХ МОЛЕКУЛ
2.1. Бесстолкновительное лазерное возбуждение колебательных переходов со сложной вращательной структурой. Сравнение эффективностей бесстолкновительного и столкновительного возбуждения малых молекул
2.2. Исследование роли механизма вращательно-поступательной релаксации при лазерном возбуждении: эффект "узкого юрла" и его снятие при различных моделях ЙТ- обмена
2.3. Насыщение поглощения в полосах молекул с учетом вращательной и
колебательной релаксации
2 4. Частичная инверсия в малых молекулах: новые возможности для спектроскопической диагностики юзов
2.5. Двухчастотное поглощение в колебательно-вращательных спектрах молекул
в столкновительных условиях
2.5.1. Модель трех колебательно-вращательных уровней. Основные
Оглавчение
уравнения
2 5 2 Оптическое возбуждение колебательных уровней с учетом их вращательной структуры
2.5 3 Реальные молекулярные спектры. Переход к эквивалентному трехуровневому описанию
2.5 4 Аналитическое решение скоростных уравнений. Нестационарный случай
2.5 5 Возбуждение Оз излучением СОз лазера. Анализ вклада каскадных и двухфотонных процессов Сравнение с экспериментом
2.6. Основные результаты Г лавы И
ГЛАВА III. МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОГО И НЕРАВНОВЕСНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В АЗМОСФЕРЕ И ДРУГИХ МНОГОКОМ1IOHEI1TI1ЫХ СРЕДАХ
3.1. 1 еоретическая модель и программа BLEACH
3.2. Управление пропусканием атмосферы с помощью инфракрасных лазеров.
Тепловые и нетепловые эффекты. Классификация нетепловых эффектов, отрицательное поглощение
3.3. П01 лощение излучения СО лазеров в атмосфере
3.3 1. СО лазеры и основные особенности поглощения их излучения в атмосфере
3.3.2. Расчет спектральных характеристик селектирующих ячеек и пропускания в атмосфере излучения СО лазера на основном тоне
3.3.3. Линейное и нелинейное поглощения излучения обертонного СО лазера
в атмосфере
3.4. Континуальное поглощение водяного пара в колебательно неравновесных условиях
3.4.1. Равновесная модель CKD
3.4 2. Обобщение на неравновесные условия
3.4 3. Идея экспериментов типа накачка-зондирование для модификации полуэмпирических '/.-функций и выяснения природы континуума водяного пара
3.5. Основные результаты Главы III
ГЛАВА IV. ПРИМЕНЕНИЕ ME ГОДА КЛАССИЧЕСКИХ ТРАЕКТОРИЙ В МОДЕЛИРОВАНИИ ОБРАЗОВАНИЯ СЮЛКНОВИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ И УШИРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ МОЛЕКУЛ
Огчавчение
4.1. Модели классического рассеяния для системы атом-жесткий ротатор
4 2. Образование комплексов в столкновениях атома с линейной молекулой. С02Аг и С02-Не
4 2.1. Сравнительный анализ формирования комплексов в столкновениях
С02-Аг и С02-Не
4 2 2 Особенности образования комплексов в столкновениях атома с жесткой двухатомной молекулой. Роль вращательно- поступательной неравновесности
4.3. Моделирование ударного уширения спектральных линий
неравновесное по скоростям
4.3.1. Моделирование ИК линий поглощения С02 в смеси с Аг и Не при различных температурах
4 3 2. Сравнительный анализ классического и полуклассического описания столкновительного уширения линий в системах С2Н2-Аг и С2Н2-Не
4.3.3. Уширение аргоном линий изотропного комбинационного рассеяния в С2Н2
4.4. Моделирование формы крыльев полос поглощения С02
4 5. Основные результаты Главы IV
ГЛАВА V. МИКРОВОЛНОВАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ АТМОСФЕРЫ И САМОЛЕТНОГО СЛЕДА
5.1. Спектроскопическая модель атмосферы и самолетного следа в миллиметровой и субмиллиметровой области
5.2. Дистанционное обеспечение летательных аппаратов энер! ией радиоволн
5.3. О визуализации вихревого самолетного следа методом микроволновой радиометрии водяного пара
5.3.1. Методика расчета радиояркостной температуры. Программа TEMBR
5 3.2. Определение спектральных интервалов, удобных для обнаружения Н20 233 5 3.3. Определение пространственных распределений концентрации Н20
5.3.4. Аналитическая модель для исследования радиояркостного контраста самолетного следа: трехслойная кусочно-однородная среда. Метод
дифференциального контраста
5.4. Способы управления ослаблением микроволнового излучения в атмосфере
5.5. Основные результаты Главы V
ГЛАВА VI. ЛАЗЕРНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ В ИК ДИАПАЗОНЕ
Глава I

интенсивностях излучения. В полях умеренной интенсивности возможна нелинейная зависимость вероятности вынужденного колебательно- вращательного перехода от интенсивности излучения. Путем сравнения с результатами решения уравнения Больцмана методом прямого статистического моделирования проанализирована корректность известных моделей интеграла упругих столкновений: релаксационных констант, сильных и слабых столкновений, Кейлсона- Сторера. Определены условия их применимости в рассматриваемой задаче. Показано, что неправильный выбор модели интеграла столкновений может внести ошибку в расчетные функции распределения и коэффициент поглощения до 100%.
2. Аналитически рассчитаны кривые аномальной дисперсии малой примеси молекулярного газа в среде буферного газа в условиях, когда имеет место лазерно- индуцированные искажения максвелловских распределений молекул по скоростям на резонансных излучению колебательно- вращательных уровнях. Показано, что учет лазерно- индуцированной неравновесности по скоростям качественно не меняет вида кривых аномальной дисперсии, но увеличивает изменение показателя преломления в некоторых случаях почти в три раза. Численные оценки эффекта проведены для атмосферного СО2.
3. Рассмотрено возбуждение трехуровневой колебательно-вращательной молекулярной системы под действием двух монохроматических полей лазерного излучения в присутствии упругих и неупругих столкновительных релаксационных процессов. Получены уравнения для элементов матрицы плотности системы, наиболее полно описывающие процесс возбуждения с учетом указанных процессов релаксации и вырождения вращательных подуровней по магнитному квантовому числу. Рассмотрены различные модели интеграла столкновений. Получены аналитические результаты для наиболее простых случаев. Определена область применимости каскадною приближения, часто используемого при моделировании. В результате численных расчетов обнаружено сильное влияние лазерно- индуцированной неравновесности молекул по скоростям на оптическое возбуждение трехуровневой системы.
4. Предложена процедура одновременного определения скоростей упруюй и вращательно неупругой столкновительной релаксации заселенностей колебательно- вращательных уровней молекул. Метод основан на зондировании лазерно- индуцированною неравновесного распределения молекул но проекции их скорости на направление излучения (пика Беннета).