Физические основы лазерного зондирования атмосферы в спектральном диапазоне 9-13,5 мкм

• Автор: Маннун Уссама Махмуд
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Долгопрудный
• Количество страниц: 152 с. : ил.

s-'ДjAÜaJ! Slj £jj JJ

ГЛАВА

ОБЗОР ИК ЛИДАРОВ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ

1.1. Введение

1.2. Принцип работы лидара ДП

1.2.1. Лидарное уравнение

1.2.2. Расчет концентрации газа методом МДП

1.2.3. Чувствительность метода МДП

1.2.4. Источник ошибок метода МДП

1.3. Лидары ближней ИК области спектра

1.4. Лидары средней ИК области спектра
1.4.1. He-Ne лидары
1.4.2. DF лидары
1.4.3. С02 лидары
1.4.4. NH3 лидары
ГЛАВА2
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ NH3-C02 ЛИДАРА
2.1. TEA С02 лазер
2.1.1. Описание разработанного TEA С02 лазера
2.1.2. Спектр генерации разработанного TEA С02 лазера
2.1.3. Расходимость пучка разработанного TEA С02 лазера
2.2. Аммиачный лазер
2.2.1. Обзор аммиачных лазеров
2.2.2. Принцип работы аммиачного лазера
2.2.3. Описание разработанного аммиачного лазера
2.2.4. Спектр генерации разработанного аммиачного лазера
2.2.5. Расходимость пучка разработанного аммиачного лазера
2.3. Двухчастотный излучатель для МНз-С02 лидара
2.4. Выводы
ГЛАВА
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЯ
В СПЕКТРАЛЬНОМ ДИАПАЗОНЕ 9-13,5 МКМ
3.1. Характеристики атмосферных аэрозолей
3.1.1. Распределение аэрозоля по размерам
3.1.2. Комплексный показатель преломления аэрозоля
3.2. Основные формулы расчета
3.3. Результаты и обсуждение
3.4. Выводы
ГЛАВА
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ 1ЧНз-С02 ЛИДАРА
4.1. Описание лидара
4.2. Список детектируемых газов МНз-С02 лидаром
4.3. Дальность действия лидара
4.4. Чувствительность лидара
4.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
В работе [138] описана лидарная система ДП на основе TEA СО2 лазера с энергией в импульсе 2 Дж при длительности 100 не и частотой повторения 2-3 Гц. С помощью этой лидарной системы проведены измерения некоторых параметров атмосферы и кюветные измерения концентрации аммиака, которые позволили оценить рабочие характеристики лидара. Дальность действия лидара с топографическим отражателем составляет ~ 10 км, предельная чувствительность детектирования газовых примесей с коэффициентом поглощения 10-30 атм-1 см-1 в режиме лидарного МДГТ ~ 500 ppb при AR = 100 м.
Лидарная система ДП построенная в University Calabria, Italy [147] предназначена для зондирования озона и водяного пара. В системе использованы два перестраиваемых лазера (64 линии, мода ТЕМоо, энергия импульса до 2,5 Дж, длительностью 80 не, частота повторения импульсов 1 Гц, расходимость 0,77 мрад), приемный телескоп с апертурой 30 см. Проведено зондирование озона и водяного пара на трассе длиной до 5,4 км при использовании топографических отражателей.
Лидарная система, описанная в работе [141], использует четыре TEA С02 лазера и предназначена для детектирования химических аэрозолей и паров. Система смонтирована в автофургоне и работает в двух режимах зондирования: трассового и лидарного. Временная задержка между импульсами составляет 100 мке, энергия импульса 1 Дж на линии 10Р(20), телескоп диаметром 40 см (f/2.5). Используемый детектор, типа КРТ, охлаждается жидким азотом. Сканер позволяет перекрыть полную верхнюю полусферу. Первые испытания этой системы показали, что дальность действия лидара в режиме трассового ДП составляет 9 км, а в режиме лидарного ДП составляет только 4 км. В этой же работе была описана вторая лидарная система для детектирования и идентификации углеводородов в том числе метана, с использованием третьей гармоники С02 лазера. В этой системе использовались три мини TEA СО2 лазера и четыре нелинейных кристаллов типа AgGaSe2 с новой схемой смешивания длин волн для получения длин волн около 3,4 мкм.
В работе [100] описана бортовая самолетная лидарная система ДП на основе двух перестраиваемых ТАЕ СО2 лазеров ALARM (Airborne Lidar Agent Remote Monitor) для зондирования SFe газа, спектр поглощения которого представлен на рис. 1.7. В этой системе используется два TEA СО2 лазера, энергия импульса которых составляет 1,5 Дж