Мобильный двухчастотный NH#33#1 - CO#32#1 лидар для мониторинга атмосферы в диапазоне 9 - 13,5 мкм

• Автор: Нгуен, Тху Кам
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : 31 ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
Глава 1. Взаимодействие лазерного излучения с веществом и основы метода дистанционного зондирования

1.1. Физические эффекты при взаимодействии лазерного излучения с

веществом

1.2. Создание лидарного уравнения для рассеяния и определения

концентрации поглощающей микрокомпоненты

1.3. Принцип работы лидаров дифференциального поглощения и

рассеяния. Их применения

1.3.1. Принцип работы лидаров
1.3.2. Применение лидаров
Глава 2. Особенности построения основных компонентов мобильного двухчастотного РШ3- С02 лидара
2.1. Состав и блок - схема лидара
2.2. Излучатель лидара
2.2.1. С02 лазер
2.2.2. ИНз лазер
2.2.3. Формирователь двухчастотного оптического излучения
2.3. Приемная часть
2.3.1. Приёмный объектив
2.3.2. Система спектроанализатора
2.3.3. Фотоприемники
2.4. Система управления и обработки информации
2.5. Система наведения
2.6. Система заполнения лазерных кювет рабочей смесью - азовакуумная система

Глава 3. Расчет приемной оптики мобильного двухчастотного N113-002 лидара
3.1. Расчет объектива Кассегрена
3.2. Расчет оборачивающей системы
3.3. Расчет конструкции конденсора
3.4. Расчет интерференционных фильтров
3.5. Программа для расчета приёмной оптики
Глава 4. Параметры мобильного двухчастотного №13 - С02 лидара
4.1. Электрическая блок-схема мобильного двухчастотного МН3 - С02 лидара
4.2. Оптическая схема излучателя N£[3 - С02 лидара
4.3. Спектрально — временные параметры излучения лидара
4.4. Технические характеристики лидара
Глава 5. Расчет сдвига частоты в аммиаке за счет эффекта Зеемана
Выводы
Литературы
Приложение
Математическое обеспечение для расчета приемной оптики

ВВЕДЕНИЕ
В последнее время, как в России, так и за ее пределами все больше внимания уделяется экологическим проблемам. Одним из направлений этой деятельности является постоянная проверка состояния атмосферы Земли. Основными причинами ухудшающими это состояние являются выбросы промышленными предприятиями в атмосферу вредных веществ, таких как фреоны (фтор—, хлор- углеводороды), разрушающие озоновый слой Земли, образующиеся в результате сжигания мусора диоксины (вещества, вредно действующие на здоровье человека) и ряд других веществ. Оперативное обнаружение источников загрязнения атмосферы на обширной территории представляет собой сложную техническую задачу, которая может быть эффективно решена только с помощью мобильных устройств дистанционного контроля химического состава атмосферы. Появление лазеров позволило создать такие устройства наземного, воздушного и космического базирования [1].
Сразу же с момента создания лазеров начались исследования в области их применения для мониторинга атмосферы [2]. К настоящему времени известно большое число лазерных систем, так называемых лидаров, в основе действия которых лежат различные механизмы взаимодействия лазерного излучения с газовой средой [3]. Решать проблему мониторинга атмосферы наиболее эффективно позволяют лидары, основанные на принципе двухчастотной абсорбционной спектроскопии-[2, 3, 4]. Метод двухчастотной абсорбционной спектроскопии предполагает измерение ослабления в атмосфере лазерного излучения с двумя длинами волн. Одна из длин волн -перестраиваемая - должна совпадать с линией поглощения молекулы примеси (сигнальный луч). Излучение с другой неизменяемой длиной волны, отстроенной от линии поглощения молекул (опорный луч), позволяет учесть влияние рассеяния излучения в атмосфере. Измеренное дифференциальное

малых составляющих мезосферы [32] до самолетного зондирования хлорофилла в океане в целях обнаружения районов, богатых рыбой [33]. Кроме того, в работе [34] продемонстрирована возможность обнаружения нефтяных пятен на водной поверхности. Эксперименты проводились, как для излучения СО2 лазера, так и для Не - №, рубинового и неодимового лазеров. Установлено, что пленки нефтепродуктов увеличивают отражательную способность водной поверхности в несколько раз, благодаря чему удается определить границы загрязненной водной поверхности. В работах [35] благодаря применению рубинового лазера в сочетании с приемным зеркалом телескопа 32 см были получены пространственно - временные картины структуры аэрозольного загрязнения воздушного бассейна на значительной площади. Но наилучшие перспективы применения лидаров открываются при исследовании молекулярного состава загрязнителей. Работа лазеров на нескольких спектральных линиях позволяет не только определить наличие загрязнений, но и оценить состав загрязнителей. До недавнего времени для этих целей использовался мощный С02 лазер (спектр излучения 9 ...11 мкм) [4]. С его помощью были обнаружены, например, находящиеся в атмосфере аммиак и озон [36] и целый ряд других веществ. Однако, спектры поглощения многих загрязнителей находятся в более длинноволновой области спектра (11 ...18 мкм), недоступной для излучения С02 лазера. Разработанный в ОКРФ ФИАН аммиачно - азотный лазер позволил удлинить спектральную область лазерного излучения до 14 мкм [37]. Впервые использовать излучение аммиачного лазера для лидарных систем было предложено в [38]. Создаваемый на основе этого лазера двухчастотный лидар позволит значительно расширить список обнаруживаемых загрязнителей.