Дистанционный газоанализ атмосферы с использованием многоволновых ИК-лазеров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат физико-математических наук Яковлев, Семен Владимирович

• Яковлев, Семен Владимирович
• кандидат физико-математических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Яковлев, Семен Владимирович

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 76 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 86 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

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Дистанционный газоанализ атмосферы с использованием многоволновых ИК-лазеров»

ВВЕДЕНИЕ

Загрязнение воздуха многочисленными веществами вызывает в современном мире все возрастающее беспокойство. Сейчас практически все локальные источники загрязнений (промышленность, транспорт, коммунальное хозяйство) дают вклад в явления регионального и глобального масштаба. Достаточно упомянуть вредное действие загрязнений на человека (токсическое, канцерогенное, мутагенное), токсическое действие на микрофлору почвы и растения, разрушающее действие на здания, памятники архитектуры и искусства, уменьшение прозрачности атмосферы и снижение видимости, потока солнечной радиации, увеличение влажности воздуха, количества туманов. Антропогенные загрязнения являются одной из причин разрушения озона, образования смога, выпадения кислотных дождей, изменения климата. В последние десятилетия на загрязнение атмосферы все более влияет авиационный транспорт (разрушение озонового слоя, образование перистых облаков, специфический климат в зоне крупных аэропортов).

Для успешного применения экономических и других мер, направленных на уменьшение вредных выбросов, необходимо сначала научиться точно контролировать уровень загрязнений и надежно идентифицировать их источник. С этой целью следует непрерывно определять содержание в воздухе нескольких ключевых загрязняющих веществ, т.е. осуществлять их пространственно-временной количественный мониторинг. Отметим, что в реальности часто приходится иметь дело с невозможностью прямого отбора проб воздуха с последующим анализом в лаборатории. В этой связи становятся особенно актуальными приборы дистанционного зондирования. В настоящее время все возрастающий интерес вызывают методы количественного газоанализа многокомпонентных смесей с помощью лазеров. Стоит напомнить, что большинство молекулярных газовых лазеров обладают развитым дискретным спектром очень узких линий генерации при достаточной интенсивности и стабильности излучения, что является безусловным их преимуществом перед другими видами лазеров в дистанционном мониторинге атмосферы. Возникает

естественный вопрос - какой из лазеров является наилучшим и по каким параметрам? Чтобы ответить на этот вопрос, следует рассмотреть преимущества и недостатки основных лазерных источников, которые применяются в лидарных системах в настоящее время. Основными характеристиками являются: чувствительность и селективность детектирования конкретной газовой составляющей атмосферы, диапазон генерации, ширина линии лазерного излучения, число лазерных линий, типичный коэффициент поглощения в атмосфере и др. Развитие лазерной ИК-спектроскопии требует разработки и внедрения в лидарные системы новых источников излучения, способных генерировать это излучение в более широком диапазоне длин волн с малым шагом перестройки частоты.

Немаловажным критерием является и методика, которая применяется при дистанционном газоанализе атмосферы. В последнее время развиваются дистанционные методы, которые, в отличие от стандартных контактных методов газоанализа, обеспечивают возможность получения данных с высокой оперативностью и в значительных пространственных масштабах. Данным требованиям в наибольшей степени удовлетворяют лазерные методы исследования газового состава атмосферы, основанные на использовании таких спектроскопических эффектах взаимодействия лазерного излучения с атмосферой, как резонансное поглощение, комбинационное рассеяние и флуоресценция.

Максимальным сечением взаимодействия из перечисленных явлений обладает резонансное поглощение лазерного излучения атмосферными газами, что и определяет высокую чувствительность метода зондирования, использующего это явление. Суть метода (в литературе: метод дифференциального поглощения (МДП) или Differential absorption lidar (DIAL)) заключается в том, что информация о концентрациях исследуемого газа вдоль трассы зондирования извлекается из сравнения регистрируемых лазерных эхо-сигналов в узком участке спектра на двух длинах волн, одна из которых находится в линии (или полосе) поглощения исследуемой газовой компоненты,

а вторая расположена в области либо слабого, либо полного отсутствия поглощения. При этом длины волн зондирования должны находиться достаточно близко друг к другу, чтобы спектральными вариациями рассеивающих свойств атмосферы можно было пренебречь. Первые измерения вертикальных профилей влажности по методу дифференциального поглощения (МДП) были осуществлены Счетлэндом с использованием селективных линий поглощения водяного пара в области генерации рубинового лазера, при этом с помощью температурной перестройки длина волны рубинового лазера настраивалась на центр линии поглощения водяного пара 694.38 нм [1]. Профили влажности в работе [2] были измерены до высоты около 4 км. Дальнейшее совершенствование лидарных систем на основе рубинового лазера и применение высокоэффективных алгоритмов обработки лидарных сигналов позволило поднять потолок зондирования профилей влажности до 17 км [3]. Ошибки измерений по МДП впервые были проанализированы Счетлэндом в 1974 году [4], и в дальнейшем анализировались в ряде работ [5-9], но эти исследования либо носили упрощенный характер, либо ограничивались анализом конкретных линий поглощения. В средней инфракрасной области спектра таких исследований не проводилось.

В последующие годы в инфракрасной области спектра проводились измерения профилей водяного пара в области генерации С02-лазера, трасса зондирования при этом в случае прямого детектирования не превышала 2 км [10]. Существенно повышает возможности лидара использование когерентного приема лидарного сигнала [11], но подобные лидары являются в настоящее время уникальными. Измерялись также профили концентрации двуокиси азота [12, 13], двуокиси серы [14], озона [15, 16], закиси азота [17, 18], а также хлороводорода и метана [18].

Современные лидары дифференциального поглощения, как правило, позволяют контролировать лишь несколько газовых компонент атмосферы (см., например, [19]). Используемые в их составе такие источники излучения, как С02-, ББ- (Ш7-) лазеры имеют ограниченное число спектральных совпадений линий

излучения и линий поглощения атмосферных газов. При этом одновременный спектрально-временной анализ многочастотного отклика атмосферы в принципе не возможен из-за необходимости перестройки частоты излучения. Этого недостатка лишены РЖ-Фурье-газоанализаторы, однако, из-за отсутствия мощных широкополосных источников когерентного излучения, в их составе используются маломощные тепловые источники излучения. Они позволяют проводить лишь интегральные измерения с длиной измерительных трасс до нескольких сот метров с использованием специальных отражателей.

В настоящее время лазерное зондирование малых газовых составляющих по МДП принципиально реализовано, однако, из-за технической сложности лидаров измерения проводились только периодически. Одной из важных задач, решаемых в работе, являлась задача повышения эффективности и информативности каждого измерения, решение которой возможно путем анализа методических аспектов лазерного зондирования газового состава атмосферы.

Целью работы является исследование возможностей применения РЖ-источников излучения (СО- и Бг- лазер) с использованием разработанной программно-алгоритмической системы отбора лазерных линий, пригодных для дистанционного газоанализа атмосферы методом дифференциального поглощения.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- разработка программно-алгоритмической системы отбора лазерных линий излучения, пригодных для газоанализа атмосферы лидарами, работающими в РЖ-диапазоне спектра на основе метода дифференциального поглощения;

- отбор линий излучения обертонного СО - лазера и Эг - лазера, пригодных для дистанционного газоанализа атмосферы;

- анализ систематических ошибок восстановления концентрации МГС атмосферы при использовании лидарного метода дифференциального поглощения;

- численное моделирование дистанционного газоанализа атмосферы на выбранных линиях излучения СО- и 8г- лазера для вертикальной трассы при реализации метода дифференциального поглощения;

- эксперименты по лазерному зондированию МГС атмосферы методом дифференциального поглощения на основе экспериментально-теоретического анализа их резонансного поглощения с использованием обертонных частот излучения СО-лазера;

- эксперименты по лазерному зондированию МГС атмосферы с использованием линий излучения Эг- лазера;

Научная новизна:

1. Впервые разработана программно-алгоритмическая система отбора лазерных линий излучения, пригодных для газоанализа атмосферы лидарами, работающими в ИК-диапазоне на основе метода дифференциального поглощения, которая позволяет проводить оценку эффективности лазерного зондирования атмосферы и вырабатывать требования к спектрально-энергетическим параметрам лидаров;

2. Данная система апробирована для оценки возможностей дистанционного газоанализа атмосферы с помощью обертонного СО-лазера и лазера на парах Бг;

3. Обосновано с помощью численного моделирования использование обертонного СО-лазера в лидарах дифференциального поглощения для дистанционного газоанализа атмосферы на тропосферных трассах;

4. На выбранных линиях излучения обертонного СО-лазера проведены модельные лабораторные измерения по дистанционному определению поглощения метана и закиси азота при различной конфигурации схемы зондирования, в том числе и при использовании искусственной топомишени;

5. Проведены эксперименты по лазерному зондированию газового состава атмосферы с помощью созданного лидара дифференциального поглощения на основе отпаянного стронциевого лазера, с помощью которого на выбранных длинах волн проведены измерения в натурных условиях профилей влажности атмосферы.

Защищаемые положения:

1. Разработанная программно-алгоритмическая система отбора лазерных линий излучения, пригодных для газоанализа атмосферы лидарами, работающими в ИК-диапазоне на основе метода дифференциального поглощения, позволяет проводить оценку эффективности лазерного зондирования атмосферы и вырабатывать требования к спектрально-энергетическим параметрам лидаров.

2. Проведенное с помощью разработанной программно-алгоритмической системы численное моделирование показало, что при использовании лидара на основе обертонного СО - лазера в диапазоне высот 0-5 км при диаметре приемной оптики 0.3 м и пространственном разрешении 1 км уровень лидарных эхо-сигналов для всех исследуемых газов превышает уровень эквивалентной мощности шума фотоприемника КЕР=10"9 Вт.

3. Модельные лабораторные эксперименты по лазерной диагностике газового состава атмосферы обертонным СО - лазером и 8г - лазером подтвердили результат предварительной оценки эффективности применения метода дифференциального поглощения с учетом требований к спектрально-энергетическим параметрам зондирующего комплекса, рассчитанных разработанной программно-алгоритмической системой.

Научная и практическая значимость работы:

Результаты, полученные в ходе выполнения численного моделирования позволяют повысить информативность дистанционного газоанализа атмосферы по трассовой и лидарным схемам зондирования. Анализ результатов позволяет провести оценку эффективности лазерного зондирования атмосферы и вырабатывать требования к спектрально-энергетическим параметрам лидаров.

Результаты, полученные в ходе выполнения экспериментальной части работы, позволили провести взвешенный сравнительный анализ преимуществ и недостатков использования обертонного СО-лазера и Бг-лазера для спектроскопической дистанционной диагностики МГС атмосферы в сопоставлении с другими лазерными источниками.

Материалы диссертации использовались при выполнении Государственных контрактов №№ 16.518.11.7067, 14.518.11.7063, 02.740.11.0674, 14.740.11.0204, 11.519.11.6033. Работа поддерживалась грантами РФФИ №07-05-00765, №09-05-99035-р-офи.

Личный вклад автора:

Все результаты, представленные в работе, получены при непосредственном участии автора. Разработка программно-алгоритмической системы отбора лазерных линий излучения, пригодных для газоанализа атмосферы лидарами, работающими в ИК-диапазоне на основе метода дифференциального поглощения проводилась автором. Отбор лазерных линий излучения обертонного СО-лазера и Sr-лазера, пригодных для использования в дистанционном газоанализе атмосферы и численное моделирование проводились автором. Численное моделирование лидарного сигнала при дистанционном газоанализе атмосферы в основном проводилось автором с участием научного руководителя к.ф.-м.н. Романовского O.A. Экспериментальные измерения проводились соискателем совместно с к.ф.-м.н. Котковым A.A., к.ф.-м.н. Козловым А.Ю., к.ф.-м.н. Климачевым Ю.М. (в лаборатории газовых лазеров ФИАН, Москва, при использовании в качестве источника излучения СО-лазера) и с к.ф.-м.н. Долгим С.И. (в лаборатории дистанционной спектроскопии атмосферы ИОА СО РАН, Томск, при использовании в качестве источника излучения Sr-лазера).

Апробация работы:

Основные результаты диссертационной работы докладывались на V, VI, VII, VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Инноватика» (Томск, 2009, 2010, 2011, 2012), V Международном симпозиуме стран СНГ «Атмосферная радиация и динамика» (Санкт-Петербург, 2009), III Всероссийской молодежной школе-семинаре с международным участием «Инновационные аспекты фундаментальных исследований по актуальным проблемам физики» (Москва , 2009), IV Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии» (Томск, 2009), III Международной научно-*

практической конференции «Актуальные проблемы радиофизики» (Томск, 2010), Международной конференции Лазеры. Измерения. Информация (Санкт-Петербург, 2011), XVIII, XIX Международной научной конференции «Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии и геоэкологии» (Новороссийск, 2010, 2011), XVI, XVII, XVIII Международном Симпозиуме «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (Томск, 2009, 2011; Иркутск, 2012), XVI, XVII, XVIII, XIX Рабочей группе «Аэрозоли Сибири» (Томск, 2009, 2010, 2011, 2012), XXV International Laser Radar Conference (2010, Russia, Saint Petersburg).

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы.

Во введении описывается актуальность, состояние проблемы на настоящее время, определена цель работы, поставленные соответствующие задачи, озвучены научные положения, выносимые на защиту и кратко дано описание структуры диссертации.

В первой главе описываются основные спектроскопические эффекты взаимодействия оптического излучения с атмосферой, применяемые в лазерном зондировании, представлены теоретические аспекты зондирования при реализации лидарного метода дифференциального поглощения, приведен обзор работ по применению ИК-источников лазерного излучения для газоанализа атмосферы по методу дифференциального поглощения, подробно описываются характеристики широкодиапазонного СО-лазера и лазера на парах стронция, длины волн генерации которых предлагается использовать в качестве излучения при проектировании и разработке лидарных систем, приводится краткий анализ данных исследуемых лазерных источников применительно к дистанционному зондированию, спектроскопии и другим областям наук.

Во второй главе описывается разработанная программно-алгоритмическая система отбора лазерных линий излучения, пригодных для газоанализа атмосферы лидарами, работающими в ИК-диапазоне на основе метода дифференциального поглощения, приведены основные критерии отбора

лазерных линий излучения, проведен поиск оптимальных длин волн зондирования метана, двуокиси азота, формальдегида и закиси азота, при апробации данной системы к линиям излучения обертонного СО-лазера, представлены результаты расчета спектра пропускания атмосферы во всем рассматриваемом диапазоне генерации обертонного СО-лазера, и на отдельных линиях поглощения исследуемых в работе газовых компонент и линиях излучения СО-лазера приведены результаты анализа систематических ошибок восстановления профилей МГС атмосферы применительно к найденным длинам волн зондирования.

В третьей главе представлены результаты численного моделирования лидарного сигнала при зондировании исследуемых в работе газовых компонент (метан, закись азота, двуокись азота и формальдегид) с использованием длин волн излучения обертонного СО-лазера и лазера на парах стронция; определено, какие пары длин волн являются информативными при определении фоновых концентраций влажности на коротких атмосферных трассах и при определении выбросов синильной кислоты на трассах до 1 км при использовании в качестве источника излучения 8г-лазера; представлены пространственно и спектрально разрешенные лидарные эхо-сигналы в области выбранных длин волн зондирования метана, закиси азота, формальдегида и двуокиси азота при численном моделировании лидарного зондирования атмосферы на вертикальных трассах с использованием в качестве источника излучения обертонного СО-лазера.

В четвертой главе представлены экспериментальные результаты по измерению поглощения излучения обертонного СО-лазера в лабораторных условиях для рассматриваемых в работе МГС (метан и закись азота) и найденных длин волн зондирования данных газовых компонент, описаны схемы экспериментальных установок, проведены эксперименты по измерению ослабления лазерного излучения с использованием в качестве отражателя искусственной топоцели при реализации трассового метода дифференциального поглощения, проведены эксперименты по исследованию поглощения парами

воды излучения лазера на парах стронция в температурном диапазоне от 20 до 70°С, проведены эксперименты по лазерному зондированию газового состава атмосферы с помощью созданного лидара дифференциального поглощения на основе отпаянного стронциевого лазера, с помощью которого на выбранных длинах волн проведены измерения в натурных условиях профилей влажности атмосферы.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

15

Заключение диссертации по теме «Оптика», Яковлев, Семен Владимирович

Результаты исследования поглощения излучения в сравнении с расчетными значениями пропускания для перспективных для измерения профилей концентраций влажности атмосферы на атмосферных трассах длин волн зондирования 2.692 и 2.923 мкм приведены на рисунке 4.9.

Из рисунка видно, что измеренные и рассчитанные значения пропускания достаточно хорошо согласуются во всем диапазоне изменения температуры воздуха.

§ о .4

- 2.692лтлг-теория

- - ■ 2.923лваи- теория ■ 2.923 Л№« - эксперимент • 2.692лдои-эксперимент

0.2

0.0

20

30

40

50 ео

70 т/С

Рис.4.9. Рассчитанное и измеренное пропускание для 2.692 и 2.923 мкм длин волн Бг-лазера 4.2.2. Эксперименты по лазерному зондированию профилей влажности

Проведены эксперименты по лазерному зондированию профилей влажности атмосферы с помощью созданного лидара дифференциального поглощения (рисунок 4.10) на основе отпаянного стронциевого лазера [119]. С его помощью на выбранных длинах волн проведены измерения в натурных условиях профилей влажности атмосферы.

В лидаре излучение Бг-лазера последовательно на линии А,оп поглощения и вне линии через диафрагму с помощью выходного зеркала посылается на трассу. В качестве длины волны с сильным поглощением выбрана линия излучения А,оп =3.0110 мкм, а в качестве референтной = 1.0917 мкм. Требуемая длина волны задается дифракционной решеткой. Длина трассы составляет 11 м (в один конец). Место расположения установки не позволило выбрать измерительную трассу большей длины. На конце трассы расположен зеркальный отражатель. Отраженное излучение собирается телескопом, собранным по схеме Кассегрена с приемным зеркалом диаметром 0.25 м. В атмосферы качестве приемника используется фотодиод ФД-38. Часть излучения с помощью пластин из СаР2 отводится на пироприемник для контроля мощности излучения посылаемого в атмосферу и монохроматор МДР 204 для контроля длины волны выходного излучения. и

-ео о 2 н св

Рис. 4.10. Блок-схема лидара (1 - вг-лазер, 2 - Не-Ые-лазер, 3 - кювета с парами воды, 4 -дифракционная решетка, 5 - выходное зеркало, 6 - зеркальный отражатель, 7 - приемный телескоп, 8 - фотодиод, 9 - пироприемник, 10 - поворотное зеркало, 11 - подвижное зеркало,

12 - диафрагма, 13 - полупропускающая пластина

Для контроля результатов измерений влажности использовались два психрометра, расположенные на разных концах измерительной трассы. Были проведены ряд измерений влажности. На рисунке 4.11 представлены результаты тестовых измерений влажности за 19.04.2011.

Как видно из рисунка 4.11, данные измерений двумя методами (психрометр и лидар) находятся в удовлетворительном согласии (полученные расхождения не превышают 10%). При этом расхождения в показаниях психрометров на разных концах трассы зондирования объясняются погрешностью этих приборов, которая составляет для измеренной влажности около 5,5%. о X го с; со

65 -I 605550 45 40 35 302520 8

10

19.04.2011 I

-о—о—о

-о

-о

1-1-1-1-г~

12 14 16

Время, час.

-г~

18

Г~

20

Рис.4.11. Результаты тестовых измерений влажности в натурных атмосферных условиях двумя методами с помощью психрометра и лидара (психрометр - треугольники и квадраты, лидар кружки)

4.3. Краткие выводы по 4 главе

Проведены эксперименты по лазерному зондированию метана и закиси азота в смесях с азотом обертонным СО-лазером. Концентрация исследуемой газовой компоненты составляла в измерительной кювете 1%. Эксперименты проводились на информативных длинах волн зондирования данных газовых компонент, а также на соседних с данными длинами волн линиях излучения обертонного СО-лазера. Результаты экспериментов показывают хорошее соответствие рассчитанных значений с измеренными, кроме нескольких неинформативных длин волн, где значения существенно расходятся. Это расхождение может быть вызвано влиянием остаточного мешающего поглощения водяного пара в измерительной кювете.

Также проведены эксперименты по лазерному зондированию той же смеси газов с использованием трассовой схемы МДП, где в качестве отражателя использовалась искусственная топомишень. Концентрация исследуемой газовой компоненты составляла в измерительной кювете 4%. Результаты экспериментов приведены в табличном и графическом виде. Результаты экспериментов также показывают хорошее соответствие, особенно на информативных длинах волн и также в некоторых случаях есть большие расхождения расчетных и измеренных значений. Это расхождение также может быть вызвано влиянием остаточного мешающего поглощения водяного пара в измерительной кювете, либо неоднородностью рассеянного от топомишени лазерного излучения, прошедшего через среду с исследуемой смесью газов. Решена обратная задача восстановления концентраций исследуемых газовых компонент при анализе полученных в ходе выполнения эксперимента коэффициентов поглощения.

Для найденных длин волн зондирования было проведено модельное исследование поглощения парами воды излучения лазера на парах стронция. Измеренные значения хорошо согласуются с расчетными значениями.

Проведены эксперименты по измерениям в натурных условиях профилей влажности атмосферы. С помощью созданного лидара дифференциального поглощения на основе отпаянного стронциевого лазера. Измерения проводились по трассовой схеме МДП. Измеренные профили влажности лидарной установкой были сравнены с профилями влажности, которые измерялись параллельно с лидарными измерениями двумя психрометрами, расположенными на двух концах трассы, на которой проводились измерения. Результаты, измеренные двумя методами, находятся в хорошем согласии. При этом расхождения в показаниях психрометров на разных концах трассы зондирования можно объяснить погрешностью этих приборов.

102

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе материала, приведенного в работе можно сделать следующие выводы:

1. Разработана программно-алгоритмическая система отбора лазерных линий излучения, пригодных для газоанализа атмосферы лидарами, работающими в ИК-диапазоне на основе метода дифференциального поглощения, которая позволяет проводить оценку эффективности лазерного зондирования атмосферы и вырабатывать требования к спектрально-энергетическим параметрам лидаров.

2. Данная система апробирована для линий излучения обертонного СО-лазера и Бг-лазера;

3. Рассчитаны спектры пропускания в микроокнах прозрачности атмосферы при использовании в качестве источника излучения обертонного СО-лазера в диапазоне 3-4 мкм, близ сильных полос поглощения газовых составляющих, исследуемых в работе: метан, закись азота, формальдегид и двуокись азота.

4. В поисковой части разработанной системы на основании четырех критериев отбора найдены линии излучения рассматриваемых в работе лазерных источников, пригодные для дистанционного зондирования исследуемых газовых составляющих.

5. Для пяти атмосферных моделей проведен расчет систематических ошибок влияния ширины линии лазерного излучения на точность расчета профилей эффективных коэффициентов поглощения.

6. Проведенное численное моделирование дистанционного зондирования метана, закиси азота, двуокиси азота и формальдегида подтверждает перспективность применения информативных длин волн обертонного СО-лазера во всем рассматриваемом диапазоне высот 0-5 км. Как показывают результаты моделирования, уровень лидарных эхо сигналов для всех исследуемых газов превышает уровень эквивалентной мощности шума фотоприемника 10"9 Вт, что позволит проводить исследования указанных газовых составляющих на приземных тропосферных трассах.

7. С помощью численного моделирования дистанционного газоанализа атмосферы с использованием линий излучения Sr-лазера показана возможность определения фоновых концентраций водяного пара на коротких трассах 1-100 м с использованием длин волн 2.6915 и 2.9225 мкм в качестве on-line длины волны и использованием в качестве референтных длин волн 1.0330 и 1.0914 мкм. Показана возможность использования линии излучения стронциевого лазера 3.0110 мкм для дистанционного определения синильной кислоты (HCN) на трассе до 1 км на уровне 0,1 млн"1.

8. Проведенные исследования по измерению поглощения и ослабления линий излучения обертонного СО-лазера в смесях с исследуемыми газами при 2-х различных конфигурациях схемы проведения эксперимента дают хорошее соответствие рассчитанных значений с измеренными, кроме нескольких неинформативных длин волн. Это расхождение может быть вызвано влиянием остаточного мешающего поглощения водяного пара в измерительной кювете, либо неоднородностью рассеянного от топомишени лазерного излучения, прошедшего через среду с исследуемой смесью газов.

9. Для выбранных длин волн зондирования проведены исследования поглощения парами воды излучения Sr-лазера. Измеренные значения хорошо согласуются с расчетными значениями.

10. Проведены эксперименты по измерениям в натурных условиях профилей влажности атмосферы с помощью созданного лидара дифференциального поглощения на основе отпаянного стронциевого лазера. Измерения проводились по трассовой схеме МДП. Измеренные лидарной установкой профили влажности сравнены с профилями влажности, которые фиксировались параллельно двумя психрометрами, расположенными на двух концах трассы, на которой проводились эксперименты.

Публикации. Материалы диссертационной работы в полном объеме опубликованы в научной печати в 24 работах, в том числе в 7 статьях в рецензируемых научных журналах, включенных в перечень ВАК, в 20 тезисах докладов и доложены на 19 Международных и Всероссийских конференциях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Яковлев, Семен Владимирович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Schotland R.M. The detection of the vertical profile of atmospheric gases by means of a ground - based optical radar // In: Proceedings of Third Symposium on Remote Sensing of the Environvtnt, Michigan, Ann Arbor. 1964. P. 215-224.

2. Browell E.V., Wilkerson T.D., and McCrath T.J. Water vapor differentional absorption lidar development and evolution // Appl. Opt. 1979. V. 18. N 20. P. 3474 - 3483.

3. Zuev V.V., Zuev V.E., Makushkin Yu.S. et al. Laser sounding of the atmospheric humidity: experiment // Appl. Opt. V.22. N 23. P.3742 - 3746.

4. Schotland R.M. Errors in the lidar measurements of atmospheric gases by differential absorption // J. Appl. Meteorology. 1974. V.13. N.2. P.71-77.

5. Зуев B.B., Катаев М.Ю., Мицель A.A., Пташник И.В., Фирсов К.М. Лазерное зондирование газов атмосферы на компьютере - диалоговые пакеты программ // В кн.: Материалы 2 Межреспубликанского симпозиума «Оптика атмосферы и океана». Томск. 1995. С. 150 - 155.

6. Browell E.V., Wilkerson T.D., and McCrath T.J. Water vapor differentional absorption lidar development and evolution // Appl. Opt. 1983 V. 22. N 3. P. 522 -534.

7. Ismail S., Browell E.V., Megie G. et al. Sensitivities in DIAL measurements from airborne platforms // In: Abstracts of Papers of 12 Int. Laser Radar Conference. Aix en Provance, France. 1984. P. 436 - 440.

8. Ushino O., McCormick M.P., Swissler T.J., McMaster L.R. Error analysis of DIAL measurement of ozone by shutlle eximer lidar // Appl. Opt. 1986. V.25. N 21. P. 3946-3951.

9. Zuev V.E., Makushkin Yu.S., Marichev V.N. et al. Differential absorption and scattering technique: Theory // Appl. Opt. 1983. V.22. N 23. P. 3733 - 3741.

10. Murray E.R., Hake R.O., Van der Laan J.E. and Hawley J.G. Atmospheric water vapor measurements with infrared (10 rim) differential absorption lidar system // Appl. Phys. Letters. 1976. V.28. N 9. P. 542 - 543.

11. Hardesty R.M. Simultaneous measurements of range - resolved species concentration and wind velocity characteristis by pulsed coherent lidar // In: Abstracts of Papers of 12 Int. Laser Radar Conference. Aix en Provance, France. 1984. P. 431 -435.

12. Енгоян T.M., Козинцев В.И., Никифоров В.Г., Сильницкий А.Ф. Дистанционные измерения концентрации N02 в атмосфере с помощью лидара дифференциального поглощения // ЖПС. 1983. Т.39. № 1. С. 87 - 93.

13. Fredrikkson К. A., Hertz Н.М. Evalution of the DIAL techniques for studies on N02 using a mobile lidar system // Appl. Opt. 1984. V. 23. N 9. P. 1403 - 1411.

14. Egebak A. - L., Fredrikkson K.A., Hertz H.M. DIAL techniques for the control of sulfur dioxide emissions // Appl. Opt. 1984. V. 23. N 5. P. 722 - 729.

15.Browell E.V., Carter A.F., Shipley S.T. et. al. NASA Multipurpose airborne DIAL system and measurementnts of ozone and aerosol profiles // Appl. Opt. 1983. V. 22. N3. P. 522-534.

16.Ushino O., McCormick M.P., Swissler T.J., McMaster L.R. Error analysis of DIAL measurement of ozone by shutlle eximer lidar // Appl. Opt.. 1986. V.25. N 21. P. 3946-3951.

17.Altman J., Lachman W., Weitkamp C. Remote measurement of atmospheric N20 with DF laser radar // Appl.Opt. V. 19. N 20. P. 3453 - 3457.

18.Murray E.R., Van der Laan J.E. and Hawley J.G Remote measurement of HC1, CH4 and N20 using a single-ended chemical laser lidar system // Appl. Opt. 1976. V.15. N12. P. 3140-3148.

19.Васильев Б.И., Маннун У.М. ИК-лидары дифференциального поглощения для экологического мониторинга окружающей среды // Квантовая электроника. 2006. Т.36. №9. С. 801-820.

20. Зуев В.Е. Распространение лазерного излучения в атмосфере // Москва: Радио

и связь. 1981.288 с.

21. Коллис Р.Т.Х., Рассел П.Б. Лидарные измерения аэрозольных частиц и газов посредством упругого рассеяния назад и дифференциальное поглощение // В

кн.: Лазерный контроль атмосферы. / Под ред. Хинкли Е.Д. Москва: Мир. 1979. С. 91 - 180.

22. Андреев Ю.М., ГейкоП.П., Самохвалов И.В. Зондирование газовых загрязнений атмосферы методом дифференциального поглощения в РЖ-области спектра // Оптика атмосферы и океана. 2003. Т. 16. № 9. С. 783 - 791.

23. Межерис P.M. Лазерное зондирование атмосферы. Москва: Мир. 1987. 550 с.

24. Зуев В.Е., Зуев В.В. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат. 1992. 231 с.

25. Fujii Т., Futuchi Т., Goto N., Nemoto К., Takeuchi N. Dual differential absorption lidar for the measurement of atmospheric S02 of the order of parts in 109 // Appl. Opt. 2001. V. 40. № 6. P. 949 - 956.

26. Lidar. Range-Resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere // Series: Springer Series in Vol. 102. Weitkamp, Claus (Ed.). 2005. 460 p.

27. Bissonette L.R., Hutt D.L. Multiply scattered aerosol lidar returns: inversion mwthod and comparison with in situ measurements // Apll.Opt. 1995. V. 34. № 30. P. 6959 - 6975.

28. Rothman L.S., Gordon I.E., Barbe A. e.a. The HITRAN 2008 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectr. Radiat. Transfer. 2009. V. 110. P. 533 -572.

29. Lorentz H.A. The absorption and emissions lines of gaseous bodies // Proc. Roy. Acad. Sci. 1996. V.8. P.591 - 599.

30. Killinger D.F., Menyuk N., DeFeo W.E. Remote sensing of CO using frequency -doubled C02 laser radiation // Appl. Opt. 1980. V. 36. N 6. P. 402 - 405.

31. Bulanin M.O., Dokuchaev A.V., Tonkov M.V. and Filippov N.N. Influence of line interference on the vibranional - rotation band shapes // J. Quant. Spectr. Radiat. Transfer. 1984. V. 25. N6. P. 521 - 543.

32. Grossman B.E. and Browell E.V. Spectroscopy of water vapor in 720 - nm wavelength region: line strengs, self - indused pressure broadenings and shifts // J.Mol.Spectroscopy. 1989. V. 136. N 2. P. 264 - 294.

33. Husson N., Chedin A., Scotte N.E. et.al. The GEISA Spectroscopic Lines Parameters Data Bank in 1984 // Annales Geophysical, Fasc.2, Serias A. 1986. P. 185- 190.

34. Катаев М.Ю. Методические основы обработки данных лазерного трассового газоанализа// Оптика атмосферы и океана. 2001. Т. 14. № 9. С. 782-787.

35. Duarte F.J. Tunable Lasers: Hand Book. New York: Acad.Press. 1995. 476 p.

36. Городничев B.A., Козницев В.И. Мониторинг загрязнений атмосферы с помощью лидара дифференциального поглощения в инфракрасной области спектра// Оптика атмосферы и океана. 1994. Т. 7. № 10. С. 1410 - 1414.

37. Menyuk N., Killinger D.K. Atmospheric remote sensing of water vapor, HC1 and CH4 using a continuously tunable Co:MgF2 laser // Appl. Opt. 1987. V. 26. № 15. P. 3061-3065.

38. Prasad C.R. et.al. Tunable IR differential absorption lidar for remote sensing of chemicals // Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 1998. V. 3757. P. 87 - 95.

39. Ambrico P.F., Amodeo A., et. al. Tunable Lidar System Based on IR OPA Laser Source // Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 1998. V. 3504. P. 111 - 118.

40. Agroskin V.Y. et. al. Multifrequency Sounding With DF Laser-Based Lidar System: Preliminary Results // Proc. SPIE Int. Soc. Opt Eng. 2004. V. 541. P. 245 - 252.

41. Philippov P.G. et. al. DIAL infrared lidar for monitoring of main pipelines and gas industry objects // Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 1998. V. 3504. P. 119 - 127.

42. Geiger A.R. et. al. Mid-infrared multi-wavelength source for lidar applications // Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 1998. V. 3380. P. 63 - 69.

43. Romanovskii O.A., Kharchenko O.V. Application of airborne lidars based on mid-IR gas lasers for gas analysis of the atmosphere // Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 2004. V. 5743 P. 441 - 448.

44. Lee S.W. et. al. Concentration measurements of methane source with an OPO-based differential absorption lidar system // Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng. 1999. V. 3757. P. 96- 102.

45. Prasad N.S. Geiger A.R. Remote sensing of propane and methane by means of a differential absorption lidar by topographic reflection // Opt. Eng. 1996. V. 35. № 4. P.1105-1111.

46. Killinger D.F., Menyuk N., DeFeo W.E. Remote sensing of NO using a differential absorption lidar // Appl. Opt. 1980. V.19. № 18. P. 3282 - 3286.

47. Андреев Ю.М., Воеводин В.Г., Грибенюков А.И. и др. Трассовый газоанализатор на основе перестраиваемого С02 лазера с удвоением частоты // ЖПС. 1987. Т. 47. № 1. С. 15 - 20.

48. Murray E.R., Hake R.O., Van der Laan J.E. and Hawley J.G. Atmospheric water vapor measurements with infrared (10 rim) differential absorption lidar system // Appl. Phys. Letters. 1976. V. 28. № 9. P. 542 - 543.

49. Killinger D.F., and Menyuk N. Remote probing of the atmosphere using CO2 DIAL system // IEEE J. of Quant. Electr. 1981. V. QE - 17. № 9. P. 1917 - 1929.

50. Murray E.R. Remote measurement of gases using discretely tunable infrared lasers

// Opt. Eng. 1977. V. 16. № 3. P. 284 - 290.

51. Астахов В.И., Бурмистров A.C., Галактионов B.B. и др. Лазерный контроль содержания метана и окиси углерода в приземном слое атмосферы // Оптика атмосферы. 1988. Т. 1. № 10. С. 65 - 69.

52. Астахов В.И., Галактионов В.В., Засавицкий И.И. и др. Трассовый измеритель

концентрации окиси углерода в атмосфере на основе импульсных диодных лазеров // Квантовая электроника. 1982. Т. 9. № 3. С. 513 - 536.

53. Bufton J.L., Itabe Т., Strow L.L. et al. Frequency doubled C02 lidar measurement

and laser spectroscopy of atmospheric CO2 // Appl. Opt. 1983. V. 22. № 17. P. 2592 - 2602.

54. Бойко C.A., Попов А.И. Анализ NO с помощью He-Ne лазера и зеемановской модуляции поглощения // Оптика атмосферы. 1988. Т. 1. № 5. С. 119-121.

55. Grant W.G. He-Ne and CW C02 laser long-path systems for gas detection // Appl.

Opt. 1986. V. 25. № 9. P. 709 - 719.

56. Agishev R., Agishev R., Gross В., Moshary F., Gilerson A., Ahmed S. Atmospheric CW -FM-LD-RR Ladar for Trace-Constituent Detection: A Concept Development // Applied Physics B: Lasers and Optics. 2005. v. 81. № 5. p. 695 - 703.

57. Гордиенко B.M., Холодных А.И., Прялкин В.И. Новые возможности использования широкополосного фемтосекундного ПГС при дистанционной диагностике многокомпонентных аэрозольно-газовых загрязнений атмосферы // Квантовая электроника. 2000. Т. 30. № 9. С.839-842.

58. Алейников В. С., Масычев В. И. Лазеры на окиси углерода. Москва: Радио и связь. 1990.312 с.

59. Ионин А.А. В кн. "Энциклопедия низкотемпературной плазмы" Сер. Б, Том XI-4, под ред. С.И. Яковленко. Москва: Физматлит. 2005. 740 с.

60. L. В. Kreuzer, N. D. Kenyon, and С. К. N. Patel Air Pollution: Sensitive Detection of Ten Pollutant Gases by Carbon Monoxide and Carbon Dioxide Lasers // Science. 1972. V. 177 P. 347-349.

61. Patel С. К N., Kerl R.J. A new optoacoustic cell with improved performance // Appl. Phys. Lett. 1977. V. 30. № 11. P. 578 - 579.

62. Gerlach R., Amer N. M. Sensitive optoacoustic detection of carbon monoxide by resonance absorption // Appl. Phys. Lett. 1978. V. 32. № 4. P. 228 - 231.

63. Zelinger Z. Continuous generation of trace amounts by means of permeation tubes // Chem. Listy. 1986. № 80. P. 673-690.

64. Bernegger S. СО-laser photoacoustic spectroscopy of gases and vapors for trace gas analysis // Ph. D. Thesis. № 8636. ETH Zurich, Switzerland. 1988.

65. Luo X., Shi F. Y., Lin J. X. СО-laser photoacoustic detection of phosgene (COCI2) // Int. J. Infrared Millimeter Waves. 1991. V. 12. № 2. P. 141 - 147.

66. Bernegger S., Sigrist M. W. СО-laser photoacoustic spectroscopy of gases and vapours for trace gas analysis // Infrared Phys. 1990. V. 30. № 5. P. 375 - 429.

67. Корнилов С. Т., Проценко Е. Д., Тымпер С. И. Волноводный СО лазер для контроля атмосферных загрязнений // ЖПС. 1985. Т. 42. № 1. С. 44 - 47.

68. Agroskin V. Ya., Bravy B. G., Kirianov V. I., et. al., Mobil pulsed chain HF/ DF laser: Prospects for remote analysis of atmosphere // Proc. Int. Conf. «LASERS»-98, 7-11 Dec 1998, Tucson, AZ, USA. STS Press. McLean, VA. 1999. P. 469.

69. Басов Н.Г., Ионин A.A., Котков A.A. и др. Импульсный лазер на первом колебательном обертоне молекулы СО, действующий в спектральном диапазоне2.5 — 4.2 мкм. 1. Многочастотный режим генерации // Квантовая электроника. 2000. Т. 30. № 9. С. 771 - 782.

70. Басов Н.Г., Ионин А.А., Котков А.А. и др. Импульсный лазер на первом колебательном обертоне молекулы СО, действующий в спектральном диапазоне 2.5 — 4.2 мкм. 2. Частотно-селективный режим // Квантовая электроника. 2000. Т. 30. № 10. С. 859 - 872.

71. Bachem Е., Dax A., Fink Т., et.al. Recent progress with the СО-overtone laser // Appl. Phys. B. 1993. V. 57. № 6. P. 185 -191.

72. Бузыкин О. Г., Иванов С. В., Ионин А. А. и др. Количественная спектроскопическая диагностика загрязнений атмосферы с помощью излучения СО-лазера на первом обертоне // Известия Академии наук. Серия физика. 2002. № 66. С. 962 - 967.

73. Ионин А.А., Климачев Ю.М., Козлов А.Ю. и др. Импульсный обертонный СО-лазер с КПД 16 % // Квантовая электроника. 2006. Т. 36. № 12. С. 1153 -1154.

74. Urban W. Physics and spectroscopic applications of carbon monoxide lasers, a review // Infrared Phys. Technol. 1995. V. 36. № 2. P. 465 - 473.

75. Бузыкин О. Г., Иванов С. В., Ионин А. А., Котков А.А., Селезнев JI.B. Линейное и нелинейное поглощение излучения обертонного СО лазера в атмосфере // Оптика Атмосферы и Океана. 2001. Т. 14. № 5. С. 400 - 407.

76. Sigrist M. W. Trace gas monitoring by laser photoacoustic spectroscopy and related techniques (plenary) // Rev. Scientific Instruments. 2003. V. 74. № 1. P. 486 - 490.

77. Murtz M., Kauser T., Klaine D., et. al. Recent developments in cavity ring-down spectroscopy with tunable cw lasers in the mid-infrared // Proc. SPIE. 1999. V. 3758. P. 53-61.

78. Danke H., von Basum G., Kleinermanns K., et. al. Rapid formaldehyde monitoring in ambient air by means of mid- infrared cavity leak-out spectroscopy // Appl. Phys. B. 2002. V. 75. P. 311 -316.

79. Danke H., Klaine D., Urban W., et. al. Isotopic ratio measurement of methane in

ambient air using mid-infrared cavity leak-out spectroscopy // Appl. Phys. B. 2001. V.

72. P. 121 - 125.

80. Danke H., Kahl J., Schuler G., et. al. On-line monitoring of biogenic isoprene emissions using photoacoustic spectroscopy // Appl. Phys. B. 2000. V. 70 P. 275 -280.

81. Danke H., Klaine D., Hering P., et. al. Real-time monitoring of ethane in human breath using mid-infrared cavity leak-out spectroscopy // Appl. Phys. B. 2001. V. 72. P. 971 - 975.

82. Santosa I. E., Laarhovan L. J. J., Harbinson J., et. al. Laser-based trace gas detection of ethane as a results of photooxidative damage in chilled cucumber leaves // Rev. Scientific Instruments. 2003. № 74. P. 680 - 683.

83. Schmitz H., Murtz M., Bleckmann H. Responses of the infrared sensilla of Melanophila acuminate (Coleoptera: Buprestidae) to monochromatic infrared stimulation // J. Comparative Physiology A. 2000. № 186. P. 543 - 549.

84. Buzykin O. G., Ionin A. A., Ivanov S. V., Kotkov A.A., Seleznev L.V., Shustov A.V. Resonant absorption of first-overtone CO laser radiation by atmospheric water vapor and pollutants // Laser and Particle Beams. 2000. № 18. P. 697 - 713.

85. Buzykin O. G., Ivanov S. V., Ionin A. A., Kotkov A.A., Kozlov A.Yu. Spectroscopic Detection of Sulfur Oxides in the Aircraft Wake // J. Russian Laser Research. 2005. № 26. P. 402 - 426.

86. Ионин А.А., Климачев Ю.М., Козлов А.Ю., Котков А.А., Романовский О.А., Селезнев JI.B., Синицын Д.В., Харченко О.В., Шелестович А.В., Яковлев С.В. Широкодиапазонный СО-лазер в задачах лазерного зондирования малых газовых составляющих атмосферы // Известия Высших учебных заведений. Физика. 2008. № 11. С. 85 - 92.

87. Ветошкин С.В., Ионин А.А., Климачев Ю.М. и др. Динамика коэффициента усиления в импульсном лазерном усилителе на газовых смесях СО—Не, СО— N2 и СО—02 // Квантовая электроника. 2007. V. 37. № 2. С. 111 - 117.

88. Матвиенко Г.Г., Пташник И.В., Романовский О.А., Харченко О.В., Шаманаев B.C. Применимость DF-лазера для детектирования аэрозольно-газовых выбросов // Прикладная физика. 2002. №1. С. 129 - 136.

89. Romanovskii О.А. Airborne DIAL Lidar Gas Analysis of the Atmosphere by Middle IR Gas Lasers: Numerical Modeling // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). 2008. V. 17. № 2. P. 131 - 137.

90. Солдатов A.H. , Филонов А.Г. , Полунин Ю.П. , Васильева А.В. Лазерная система "генератор-усилитель" на парах стронция со средней мощностью более 20 Вт // Оптика атмосферы и океана. 2008. Т. 21. № 8. С. 666 - 668.

91. Маричев В.Н., Платонов А.В., Солдатов А.Н., Соснин А.В., Филонов А.Г., Филонова Н.А. // Измерительные приборы для исследования параметров приземных слоев атмосферы // Томск: Изд-во Института оптики атмосферы СО АН СССР. 1977. С. 80 - 86.

92. Vasiljeva A.V., Polunin Yu.P., Soldatov A.N., Romanovskii O.A., Kharchenko O.V., Yudin N.A. The possibilities of a strontium vapor laser using for laser sensing of minor gaseous components of the atmosphere // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). 2009. V. 18. № 2. P. 108 - 113.

93. S.A.Kooi, E.V.Browell, S.Ismail. In.: The 23rd International Laser Radar Conference (ILRC 2006) // Reviewed and Revised papers presented. Nara, Japan. 2006. P. 767 - 780.

94. О.А.Романовский Анализ систематических ошибок восстановления лидарных профилей концентраций атмосферных газов методом дифференциального

поглощения // Известия Высших учебных заведений. Физика. 2008. Т. 51, № 6. С. 68 - 73.

95. O.A. Романовский, О.В. Харченко Оценка возможностей обнаружения выбросов окислов азота при бортовом базировании лидара дифференциального поглощения, работающегов средней ИК-области спектра // Журнал прикладной спектроскопии. 1999. Т. 66. № 6. С. 843 - 845.

96. П.П. Гейко, В.Е.Привалов, О.А.Романовский, О. В.Харченко Применение преобразователей частоты излучения фемтосекундных лазеров для лидарного мониторинга атмосферы // Оптика и спектроскопия. 2001. Т. 108. № i.e. 85-91.

97. Ю.М. Андреев, П.П. Гейко, А.И. Грибенюков, В.В.Зуев, O.A. Романовский ИК-параметрические преобразователи частоты в задачах лазерной спектроскопии // Оптика атмосферы. 1988. Т. 1. № 3. С. 20-26.

98. Войцеховская O.K., Сулакшина О.Н., Черепанов В.Н. Определение концентраций примесей промышленного происхождения в атмосфере // Изд. АН СССР, ФАО. 1980. Т.16. № 3. С. 322 - 325.

99. Г.М. Креков, Р.Ф. Рахимов Оптико-локационная модель континентального аэрозоля//Новосибирск. Наука. 1982. 199 с.

100. R.Beck, W.English, K.Gurs Table of laser lines in gases and vapors // Berlin, Heidelberg, New York. Springer - Verlag. 1978. 203 p.

101. В.Е.Зуев, В.С.Комаров Статистические модели температуры и газовых компонент атмосферы // Ленинград: Гидрометеоиздат. 1986. 264 с.

102. US standard 1976 //NESS. Washington. 1977.

103. И.Л.Кароль, В.В.Розанов, Ю.Н. Тимофеев Газовые примеси в атмосфере // Ленинград: Гидрометеоиздат. 1983. 192 с.

104. R.A.McCatchey, R.W.Fenn, J.E.A. Selby Optical properties of atmosphere // Report AFCRL-71-0297. Bedford, Mass. 1971. P. 86.

105. Л.И.Несмелова, О.Б.Родимова, С.Д.Творогов Контур спектральной линии и межмолекулярное взаимодействие//Новосибирск: Наука. 1986. 216 с.

106. Романовский О.А., Харченко О.В., Яковлев С.В. Методические аспекты лидарного зондирования малых газовых составляющих атмосферы по методу дифференциального поглощения // Журнал прикладной спектроскопии. 2012. Т. 79. № 5. С. 799 - 805.

107. Ионин А.А., Климачев Ю.М., Козлов А.Ю., Котков А.А., Матвиенко Г.Г., Романовский О.А., Харченко О.В., Яковлев С.В. Возможности применения обертонного СО-лазера для дистанционного газоанализа атмосферы // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25. № 08. С. 702 - 707.

108. Romanovskii О.A. Minimization of systematic errors at lidar profile reconstruction of atmospheric gase consentrations according to the method of differential absorption // Proc. of SPIE. 2005. V. 6160. Part II. P. 267 - 274.

109. Зуев B.B., Романовский О.А. Возможности лидарного зондирования метеопараметров атмосферы в видимом диапазоне // ЖПС. 1986. Т. 45. № 6. С. 998 - 1003.

110. Лидарное зондирование газовых составляющих атмосферы методом дифференциального поглощения // В кн.: Спектроскопические методы зондирования атмосферы. Новосибирск: Наука. 1985. С. 57 - 75.

111. М. P. Bristow, D. Н. Bundy, A. G. Wright Signal linearity, gain stability, and gating in photomultipliers: application to differential absorption lidars // Appl. Opt. 1995. УГ34. № 31. P. 4437 - 4452.......

112. Гавриловский В.И., Зуев B.B., Правдин В.Л. Специфика восстановления лидарных профилей влажности из аналоговых эхо - сигналов большого динамического диапазона // В кн.: Оптико - метеорологические исследования земной атмосферы. Новосибирск: Наука. 1987. С. 234 - 239.

113. Гавриловский В.И., Зуев В.В., Правдин В.Л., Романовский О.А. Влияние аппаратурных искажений лидарных эхо-сигналов на точность восстановления профилей влажности лидарным методом дифференциального поглощения // В кн: Труды IX Всесоюзного симпозиума по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. 4.2. Томск. 1987. С. 259 - 263.

\

416, v J ^

114. Гришин А.И., Матвиенко Г.Г. Исследование высотного распределения статистических характеристик коэффициента обратного рассеяния // В кн.: Исследования атмосферного аэрозоля с помощью методов лазерного зондирования. Новосибирск: Наука. 1980. С. 167 - 179.

115. Фотоприемники видимого и ИК-диапазонов // Под ред. Киеса Р.Дж. М. Москва: Мир. 1985. 325 с.

116. Бочковский Д.А., Васильева A.B., Матвиенко Г.Г., Полунин Ю.П., Романовский O.A., Солдатов А.Н., Харченко О.В., Юдин H.A., Яковлев C.B. Применимость лазера на парах стронция для решения задач лазерного зондирования газового состава атмосферы // Оптика атмосферы и океана. 2011. Т. 24. №7. С. 295-301.

117. Temelkov К.A., Vuchkov N.K., Sabotinov N.V., Lyutov L., Freijo-Martin I., Lema A. Experimental study on the spectral and spatial characteristics of a high-power He-SrBr2 laser // J. Phys. D. 2009. V. 42. N. 11. P. 105-115.

118. Бочковский Д.А., Васильева A.B., Долгий С.И., Матвиенко Г.Г., Полунин Ю.П., Романовский O.A., Солдатов А.Н., Харченко О.В., Юдин H.A., Яковлев C.B. Возможности применения многоволнового стронциевого лазера для дистанционного газоанализа атмосферы // Прикладная физика. 2012. № 4. С. 100-106.

119. Полунин Ю.П., Романовский O.A., Солдатов А.Н., Харченко О.В., Юдин H.A., Яковлев C.B. Многоволновой лазер на самоограниченных переходах стронция в задачах дистанционного газоанализа атмосферы // Известия Высших учебных заведений. Физика. 2012. № 4. С. 95-102.