Дистанционный газоанализ атмосферы с использованием многоволновых ИК-лазеров

• Автор: Яковлев, Семен Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 116 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА
ЛИДАРНЫЙ МЕТОД ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ
1.1. Основные спектроскопические эффекты взаимодействия оптического излучения с атмосферой, применяемые в лазерном зондировании
1.2. Лидарный метод дифференциального поглощения
1.3. Анализ применения источников лазерного излучения для газоанализа атмосферы по методу дифференциального поглощения
1.3.1. Общий обзор работ по применению ИК-источников лазерного излучения для дистанционного газоанализа атмосферы по методу дифференциального поглощения
1.3.2. Широкодиапазонный импульсный СО-лазер в задачах лазерного зондирования атмосферы
1.3.3. Исследования режимов работы Бг-лазера в информативных ИК-областях спектра 1 мкм и 3 мкм
1.4. Краткие выводы по 1 главе
ГЛАВА
МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЛАЗЕРНОГО ГАЗОАНАЛИЗА
АТМОСФЕРЫ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДА
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ
2.1. Система отбора лазерных линий излучения, пригодных для
газоанализа атмосферы лидарами, работающими в ИК-диапазоне на основе метода дифференциального поглощения
2.1.1. Требования, предъявляемые к отбору линий поглощения
2.1.2. Требования, предъявляемые к расчету пропускания атмосферы
2.1.3. Алгоритм работы автоматизированной системы отбора лазерных линий излучения

2.2. Результаты поиска линий излучения, наиболее пригодных для зондирования малых газовых составляющих атмосферы обертонным СО-лазером
2.3. Критерии потенциальных возможностей лазерного зондирования малых газовых составляющих атмосферы по методу дифференциального поглощения
2.3.1. Источники погрешностей метода дифференциального поглощения
2.3.2. Учет влияния ширины линии лазерного излучения на точность определения профилей эффективных коэффициентов поглощения
2.4. Краткие выводы по 2 главе
ГЛАВА
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИСТАНЦИОННОГО
ЛАЗЕРНОГО ГАЗОАНАЛИЗА АТМОСФЕРЫ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ
МЕТОДА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ
3.1. Численное моделирование дистанционного газоанализа
атмосферы с помощью обертонного СО-лазера
3.1.1. Характеристики условий численного моделирования
3.1.2. Результаты моделирования дистанционного газоанализа атмосферы с помощью обертонного СО-лазера
3.2. Численное моделирование дистанционного газоанализа атмосферы с помощью Бг-лазера
3.2.1.Результаты численного моделирования дистанционного газоанализа атмосферы с помощью обертонного 8г-лазера
3.3. Краткие выводы по 3 главе
ГЛАВА
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ЛАЗЕРНОМУ
ЗОНДИРОВАНИЮ ГАЗОВОГО СОСТАВА АТМОСФЕРЫ
4.1. Эксперименты по лазерному зондированию газового состава атмосферы обертонным СО-лазером
4.2. Эксперименты по лазерному зондированию газового состава атмосферы стронциевым лазером

4.2.1. Результаты измерения поглощения излучения стронциевого лазера
4.2.2. Эксперименты по лазерному зондированию профилей влажности атмосферы
4.3. Краткие выводы по 4 главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

когда линии поглощения не уширены, т. е. в области давлений паров воды в несколько сотен паскалей [58].
Большое число линий генерации и возможность генерации длин волн, незначительно различающихся по частоте, позволяет использовать СО-лазеры в системах контроля атмосферных загрязнений, работающих по методу дифференциального поглощения [67]. Последнее возможно при наличии двух лазеров с длинами волн, поглощение на которых в исследуемой среде существенно отличается, или одного, попеременно излучающего на соответственных частотах[67].
Применение СО-лазера, работающего в режиме переключения генерации между двумя соседними колебательно-вращательными переходами или с резонатором Якоби, позволяет осуществить измерение оптической плотности таких газов, как окись азота и пары воды [58, 67].
Однако при транспортировке лазерного излучения на большие расстояния, важным фактором становится поглощение излучения в атмосфере. Как уже упоминалось ранее, в среднем ИК-диапазоне спектра вклад в поглощение дают многие составляющие атмосферы: пары воды, углекислый газ, метан и другие. Распространение лазерного излучения с малым поглощением возможно лишь в небольших спектральных интервалах [23], т. е. в «окнах прозрачности» атмосферы. В диапазоне длин волн, соответствующем основным переходам молекулы СО, располагаются относительно узкие «окна прозрачности». Вместе с тем, довольно широкое окно прозрачности атмосферы расположено в спектральной области длин волн 3,3 - 4,0 мкм. В эту область попадают длины волн химического ОР-лазера [68].
СО-лазер, действующий на первом колебательном обертоне молекулы СО, т. е. с изменением колебательного квантового числа V на 2, может работать в том же спектральном диапазоне, что и химические ОР- и РП7- лазеры [69, 70, 71]. Многие частоты обертонного СО-лазера испытывают сильное поглощение (а > 1 м'1). Частоты с сильным поглощением в РЬО могут использоваться для нагрева сред, содержащих воду, а также обнаружения сверхмалых концентраций Н20. С