Исследование методов улучшения лидарных лазерных систем для применения в экологическом мониторинге атмосферы

• Автор: Желтухин, Александр Александрович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 212 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
Диссертация посвящена разработке и исследованию высокочувствительного лазерного спектрометра на основе непрерывного лазера на красителе (НЛК)
Представлены результаты по теоретическому и экспериментальному исследованию взаимодействия мод через усиливающую среду с широкой однородной линией люминесценции. Установлены и исследуются критерии устойчивости стационарного решения уравнений самосогласованности с поляризацией среды до кубичных по полю членов разложения включительно. Получен устойчивый двухмодовый режим генерации с регулируемым межмодовым расстоянием в гигагерцовом диапазоне.
Изложены результаты теоретического и экспериментального исследования эффектов взаимодействия мод в двухмодовом НЛК. Проведен вывод выражения для линейного аналитического сигнала внутри резонаторного поглощения с частотным эетектированием. Проведена его экспериментальная проверка в опыте по определению концентрации натрия в реальных объектах. Описана конструкция прототипа лазерного спектрометра на основе НЛК с электротермической атомизацией пробы.
Предложена и исследована оптическая схема двухчастотного СО2 лидара с автоматическим совмещением опорного и измерительного пучков во всем спектральном диапазоне генерации С02 лазера.
На основе С02 и ЫН3 лазеров создан макет двухчастотного ИНз — С02 лидара в спектральном диапазоне 9-ИЗ,5 мкм, причем у такого прибора нет необходимости в сложном и дорогостоящем спектроанализаторе высокого разрешения.

ГЛАВА I. ПРИМЕНЕНИЕ ВНУТРИРЕЗОНАТОРНОЙ ТЕХНИКИ
ДЛЯ АНАЛИТИЧЕСКИХ ЦЕЛЕЙ
§1.1. Лазерная внутрирезонаторная техника определения
концентрации вещества
§ 1.2. Выводы и постановка задачи
§ 1.3. Анализ эффективности использования серийных
непрерывных лазеров на красителях в двухмодовом режиме генерации
Глава II. ДВУХМОДОВАЯ ГЕНЕРАЦИЯ В ЛАЗЕРАХ
НА КРАСИТЕЛЯХ
§2.1. Теоретическое описание двухмодового режима работы
лазера с широкой однородной линией усиления
§ 2.2. Экспериментальное исследование двухмодовой
генерации в непрерывных лазерах на красителях.
Глава III. ЧАСТОТНЫЕ РЕЗОНАНСНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В
ДВУХМОДОВОМ НЕПРЕРЫВНОМ ЛАЗЕРЕ НА КРАСИТЕЛЕ С ВНУТРЕННЕЙ ПОГЛОЩАЮЩЕЙ ЯЧЕЙКОЙ
§ 3.1. Теоретическое описание двухмодового непрерывного
лазера на красителе с внутренней поглощающей ячейкой
§ 3.2.Экспериментальное исследование взаимодействия
мод в непрерывном лазере на красителе с внутренней поглощающей ячейкой
Глава IV. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ РЕЗОНАНСОВ
ЛИНЕЙНОЙ ДИСПЕРСИИ В АНАЛИТИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ
§ 4.1. Описание прототипа аналитического лазерного
спектрометра на основе двухмодового непрерывного лазера на красителе

§ 4.2. Экспериментальное определение содержания натрия
в объектах естественного происхождения
# § 4.3. Анализ источников частотных шумов лазерного
спектрометра и методы их подавления
ГЛАВА 5. ЛИДАР НА БАЗЕ NH3 - С02 ЛАЗЕРНОЙ СИСТЕМЫ
§ 5.1. Обзор литературы
§ 5.2. Оценка чувствительности двухчастотного лидара
в ИК-диапазоне спектра
§ 5.3. Приемо-передающие системы для систем лазерного
дистанционного зондирования
§ 5.4. NH3 - С02 лазер в качестве источника зондирующего
излучения
5.4.1. Оптическая схема С02 лазера для двухчастотного
лидара
5.4.2. Оптическая схема NH3 лазера для двухчастотного
лидара
§ 5.5. Основные технические характеристики NH3 - С02
лидара
Приложение. Список атмосферных загрязнителей, детектируемых
с помощью NH3 - С02 - лидара
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Интегрируя последнее выражение от - со до 1, с учетом физического требования раЬ (- се) = 0, которое ведет к сог^ = 0, и учитывая, ЧТО Еп (ф, фп (ф и Ы(хД) медленно меняющиеся со временем 1/у (то есть вынося их знак интеграла) имеем:
РаЬ°х,о=-т-'е-^‘ а{^аЛЕЛПе^^-и^х)М(хЛе{‘муУ
-00 2 Л
= --Л-'е<Шп,'с1аЬип{х)Ы{х,1) £ Е,( 1)е-шо' !
2 Л-1

аЛ*,0 = -Uh-'dabN(x,t) 1 Ea(t)e-^^Ua(x)

y + i{co-vn)
(11.13)
Имея в виду, что Уаь (x,t) pba + к.с. = Vba pab + к.с. подстановка (11.13) во второе уравнение (II.9) дает населенность верхнего уровня во 2-м порядке по полю как:
РаЛХ> 0 = Раа +Pj(*P) = 4 ~УаРш
4( Тг
N(x,t)
2 2 ■IX
m=ï я
Em (0 • Е„ (0 • ■ иЛх)иЛх) к с
m х ' п » / .,
у + l(û)-Vn)
(11.14)
Из (11.14) видно, что населенность уровней испытывает пульсации на межмодовой частоте. Найдем раа (x,t), интегрируя (11.14) по образцу (11.12').
Также полагаем, что амплитуды и фазы медленно меняются за времена

—, что позволяет вынести соответствующие члены за знак интеграла

приближение точно выполняется для лазеров на красителях, где (C/2L)’1 « 2тг/уа к 2тг/уь ~ 2л • 10'9 с’1
Элементарно, с учетом начального условия paa(t = - со) = 0, то есть для const = 0, получаем: