Нелинейная колебательно-вращательная спектроскопия неравновесных многокомпонентных газов и ее применение в диагностике атмосферы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, доктор физико-математических наук Иванов, Сергей Викторович

• Иванов, Сергей Викторович
• доктор физико-математических наук
• 2006

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Иванов, Сергей Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. РОЛЬ ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННОЙ ПЕРАВНОВЕСНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ПО СКОРОСТЯМ ПРИ ИК ВОЗБУЖДЕНИИ МОЛЕКУЛЯРНОГО ГАЗ А.

1.1. Лазерное возбуждение колебательно-вращательного перехода молекул в условиях нарушения максвелловских распределений по скоростям на резонансных излучению уровнях.

1.1.1. Вероятности оитическою возбуждения и коэффициент поглощения Модель сильных столкновений.

1.1.2. Исследование корректности моделей интеграла упругих столкновений в уравнениях для заселенностей уровней.

1.2. Резонансная самофокусировка при лазерно- индуцированной неравиовссности распределений молекул по скоростям.

1.3. Определение скоростей упругой и вращательно-неупругой столкповительной релаксации колебательно-вращательных уровней молекул.

1.3.1. Теоретическая модель столкповительной релаксации трехуровневой системы.

1.3.2. Оценка оптимальных параметров возбуждающе! о лазерного излучения.

1.4. Основные результаты Главы 1.

ГЛАВА И. ИК ЛАЗЕРНОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ НИЖНИХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ УРОВНЕЙ МАЛОАТОМНЫХ МОЛЕКУЛ.

2.1. Бесстолкновительное лазерное возбуждение колебательных переходов со сложной вращательной структурой. Сравнение эффективностей бесстолкновительного и столкиовительного возбуждения малых молекул.

2.2. Исследование роли механизма вращательно-поступательной релаксации при лазерном возбуждении: эффект "узкого юрла" и его снятие при различных моделях RT- обмена.

2.3. Насыщение поглощения в полосах молекул с учетом вращательной и колебательной релаксации.

2 4. Частичная инверсия в малых молекулах: новые возможности для спектроскопической диагностики ызов.

2.5. Двухчастотное поглощение в колебательно-вращательных спектрах молекул в столкновительных условиях.

2.5.1. Модель трех колебательно-вращательных уровней. Основные уравнения.

2 5 2 Оптическое возбуждение колебательных уровней с учетом их вращательной структуры.

2.5 3 Реальные молекулярные спектры. Переход к эквивалентному трехуровневому описанию.

2.5 4 Аналитическое решение скоростных уравнений. Нестационарный случай.

2.5 5 Возбуждение Оз излучением СО2 лазера. Анализ вклада каскадных и двухфотонных процессов Сравнение с экспериментом.

2.6. Основные результаты Главы II.

ГЛАВА III. МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОГО И НЕРАВНОВЕСНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ И ДРУГИХ МНОГОКОМ1IOIIEIITI1ЫХ СРЕДАХ.

3.1. I еоретическая модель и программа BLEACH.

3.2. Управление пропусканием атмосферы с помощью инфракрасных лазеров. Тепловые и нетепловые эффекты. Классификация нетепловых эффектов, отрицательное поглощение.

3.3. П01 лощение излучения СО лазеров в атмосфере.

3.3 1. СО лазеры и основные особенности поглощения их излучения в атмосфере.

3.3.2. Расчет спектральных характеристик селектирующих ячеек и пропускания в атмосфере излучения СО лазера на основном тоне.

3.3.3. Линейное и нелинейное поглощения излучения обертонного СО лазера в атмосфере.

3.4. Континуальное поглощение водяного пара в колебательно неравновесных условиях.

3.4.1. Равновесная модель CKD.

3.4 2. Обобщение на неравновесные условия.

3.4 3. Идея экспериментов типа накачка-зондирование для модификации полуэмпирических "/-функций и выяснения природы континуума водяного пара.

3.5. Основные результаты Главы III.

ГЛАВА IV. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КЛАССИЧЕСКИХ ТРАЕКТОРИЙ В МОДЕЛИРОВАНИИ ОБРАЗОВАНИЯ СЮЛКНОВИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ И УШИРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ МОЛЕКУЛ.

Огчавчение

4.1. Модели классического рассеяния для системы атом-жесткий ротатор.

4 2. Образование комплексов в столкновениях атома с линейной молекулой. СО2

АгиС02-Не.

4 2.1. Сравнительный анализ формирования комплексов в столкновениях

С02-Аг и С02-Не.

4 2 2 Особенности образования комплексов в столкновениях атома с жесткой двухатомной молекулой. Роль вращательно- поступательной неравновесности.

4.3. Моделирование ударного уширения спектральных линий. Роль неравповесности по скоростям.

4.3.1. Моделирование ИК линий поглощения С02 в смеси с Аг и Не при различных температурах.

4 3 2. Сравнительный анализ классического и полуклассического описания столкновительного уширения линий в системах С2Н2-АГ и С2Н2-Не.

4.3.3. Уширение аргоном линий изотропного комбинационного рассеяния в С2Н2.

4.4. Моделирование формы крыльев полос поглощения С02.

4 5. Основные результаты Главы IV.

ГЛАВА V. МИКРОВОЛНОВАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ АТМОСФЕРЫ И САМОЛЕТНОГО СЛЕДА.

5.1. Спектроскопическая модель атмосферы и самолетного следа в миллиметровой и субмиллиметровой области.

5.2. Дистанционное обеспечение летательных аппаратов энер! ией радиоволн.

5.3. О визуализации вихревого самолетного следа методом микроволновой радиометрии водяного пара.

5.3.1. Методика расчета радиояркостной температуры. Программа TEMBR.

5 3.2. Определение спектральных интервалов, удобных для обнаружения Н2О 233 5 3.3. Определение пространственных распределений концентрации Н20.

5.3.4. Аналитическая модель для исследования радиояркостного контраста самолетного следа: трехслойная кусочно-однородная среда. Метод дифференциального контраста.

5.4. Способы управления ослаблением микроволнового излучения в атмосфере.

5.5. Основные результаты Главы V.

ГЛАВА VI. ЛАЗЕРНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ В ИК ДИАПАЗОНЕ.

Огчавчение

6.1. Чувствительность и селективность в спектроскопическом 1азоанализе. Программа ANLINES. Сравнение возможностей различных лазеров при спектроскопическом детектировании многокомпонентных сред.

6 2. Детектирование загрязняющих веществ в атмосфере с помощью СО лазеров. 256 6 2.1. Количественная диа1Ностика загрязнений атмосферы с помощью излучения СО лазера на первом обертоне.

6 2 2 Детектирование выхлопных i азов двигателя с помощью СО2 и СО лазеров.

6 3. Определение концентраций с помощью перестраиваемого трассового лазерного гаюанализаюра трехмикронно1 о диапазона.

6 3 1. Лазерный газоанализ многокомпонентных смесей с перекрывающимися спектрами: теория и программа обработки экспериментальных данных.

6.3.2. Способ измерения спектральной формы линии излучения лазерного газоанализатора трехмикронного диапазона.

6 3 3. Неоднозначность определения концентраций газов при трассовой диагностике смесей узкополосным излучением по методу дифференциальною поглощения.

6.4. Спектроскопическая диагностика газов самолетного следа.

6 4.1. Спектры поглощения химически активных газов следа (ОН, NOx, SOx и др) и спектры фоновых газов.

6.4 2. Применение аппарата предельных информационно-метрических шкал в спектроскопическом газоанализе самолетного следа.

6.5. Применение неравновесной спектроскопии к детектированию малых газовых составляющих атмосферы.

6 5.1. Уменьшение поглощения фона. Использование отрицательного поглощения.

6 5.2. Увеличение сечения поглощения за счет перехода к зондированию горячих полос.

6.5.3. Лазерный трассовый газоапализ атмосферы с использованием спектроскопии двойног о ИК резонанса.

6 6 Основные результаты Главы VI.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Нелинейная колебательно-вращательная спектроскопия неравновесных многокомпонентных газов и ее применение в диагностике атмосферы»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

На протяжении последних десятилетий линейная и нелинейная колебательно-вращательная (KB) спектроскопия молекулярных газов была одной из быстро развивающихся областей оптики, молекулярной кинетики и лазерной физики. Исследования в этой области преследовали две цели: 1) прогнозирование оптических свойств газовой среды в заданных условиях с использованием априорных сведений о спектрах поглощения и рассеяния и 2) определение параметров свободных молекул и их взаимодействий на основе измеренных спектров, а также извлечение из этих спектров информации о химических и термодинамических свойствах исследуемой среды. Современные методы KB спектроскопии широко используют арсенал лазерной физики, они являются эффективным и удобным инструментом в различных фундаментальных и прикладных исследованиях. Достаточно упомянуть, что результаты таких исследований необходимы для лазерного управления химическими реакциями, разделения изотопов, оптической накачки активных сред лазеров, обращения волнового фронта, лазерной локации и идентификации объектов, передачи энергии излучения сквозь атмосферу, оптической связи, навигации, диагностики атмосферы и антропогенных загрязнений.

Ключевой проблемой данной области является исследование поглощения излучения различной интенсивности, длительности и спектрально!о состава в многокомпонентных газах, находящихся как в квазиравповесных, так и в сильно неравновесных условиях. Особенность теоретического моделирования взаимодействия излучения с молекулярными газами состоит в следующем: 1) необходим учет многочисленных взаимосвязанных процессов оптического возбуждения и релаксации с использованием детальной информации об их сечениях; 2) для получения такой информации нужны подробные данные о параметрах спектральных линий и о константах скоростей столкновительной релаксации энергетических уровней; 3) расчет сечений поглощения предполагает знание не только положений и интенсивностей спектральных линий, но и их ширин, сдвигов и форм контуров, определяющихся столкновениями (для получения такой информации, как и для констант столкновительной релаксации, нужны надежные данные о поверхностях потенциальной энергии межмолекулярною взаимодействия); 4) в случае неравновесного газа дополнительно надо знать функции распределения молекул по соответствующим степеням свободы; 5) решение современных сложных задач невозможно без применения численных методов и ЭВМ.

За последние 10-20 лет вычислительная техника совершила решительный рывок вперед. Быстродействие, объемы оперативной и внешней памяти современных общедоступных ЭВМ заметно превышают соответствующие характеристики БЭСМ- и КС - ЭВМ 80-х годов.

Введение 1

Отметим, что метод прямого расчета спектров поглощения (метод «line-by-line»), который был известен давно и является наиболее точным из существующих ныне, начал широко использоваться лишь с момента появления мощных ЭВМ. Успехи экспериментальной и теоретической молекулярной спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения позволили создать компьютерные базы (атласы) параметров спектральных линий (ПСЛ) атмосферных и примесных газов. Первая из этих баз (на магнитной лейте, атлас Мак-Клатчи) была создана в 1973 г. в США (Air Force Geophysical Laboratory), далее они все более совершенствовались (пополнялись и обновлялись) и становились доступнее и сейчас (базы HITRAN [1] и GEISA [2]) насчитывают уже десятки газов и миллионы линий. Это в свою очередь стимулировало дальнейшее развитие метода line-by-line. "Машинные атласы" линий существенно расширяют возможности расчетов в прикладной спектроскопии, а также облегчают интерпретацию экспериментов по поглощению излучения газовыми средами. В силу указанных причин за последние десятилетия заметное развитие получила вычислительная линейная спектроскопия молекулярных газов в условиях локального термодинамического равновесия. Появились теоретические методики и комплексы программ для моделирования сложных многофакторных задач линейной спектроскопии равновесной атмосферы, о которых 20-30 лет назад можно было только мечтать. Это, например, программы LOWTRAN [3], MODTRAN [4], FASCODE [5] (США), отечественные информационные системы АТЛАС [6] и LARA [7] (ИОА, г. Томск). Указанные программы основаны на использовании баз ПСЛ и высотно-сезонно-широтных моделей атмосферы [8]. Однако их возможности не следует переоценивать: до сих пор остаются неясными многие важные вопросы спектроскопических проявлений межмолекулярных взаимодействий (уширения и сдвига линий, образования комплексов, формирования спектров в условиях перекрытия линий и др.). Все это снижает предсказательную силу указанных моделей и программ линейной равновесной KB спектроскопии, ограничивая область их применимости.

Что касается количественных моделей нелинейной и неравновесной KB спектроскопии, то они разработаны значительно хуже. Ряд фундаментальных процессов трактуется упрощенно, что ведет к систематическим ошибкам при решении прямых и обратных задач. Большинство работ посвящено поиску новых эффектов и выяснению соответствующих им качественных закономерностей, количественные же результаты этих исследований носят, скорее, оценочный характер. Иногда отсутствует даже полная ясность физической картины явления. В силу всех этих причин моделирование нелинейных и неравновесных эффектов до сих пор не стало стандартной компьютерной процедурой, основанной на использовании имеющихся баз ПСЛ. Данное обстоятельство сильно ограничивает возможности (точность, 1ибкость, разнообразие) практических методов, использующих спектральную информацию в качестве исходной. В

Введение 8 частности, это касается быстро развивающейся области лазерной диагностики многокомпонентных сред.

Важность развития физических представлений и детальных количественных моделей расчета оптических параметров газов в поле излучения обусловлена также потребностями быстро развивающейся перспективной области вычислительной математики, связанной с оптимизацией лазерного воздействия на вещество [9].

Краткий обзор развития KB спектроскопии молекулярных газов и ее современное состояние.

В целях анализа современного состояния исследований в KB спектроскопии молекулярных газов рассмотрим кратко историю ее развития.

На основе библиографического анализа (см., например, [10-16, 35, 41]) можно выделить четыре этана (периода) в развитии газофазной KB спектроскопии. Первый период (вторая половина XIX века - конец 20-х годов XX века) характеризуется медленным накоплением чисто описательных сведений о полосах поглощения молекул в ИК области спектра, стремлением отделить спектр изучаемою вещества от спектров сопутствующих газов. Попытки анализа имеющихся спектров, как правило, не предпринимались, поскольку квантовая механика в то время делала лишь первые шаги.

С быстрыми успехами квантовой механики молекулы связан второй этап развития KB спектроскопии (начало 30-х - конец 40-х годов XX века). Для него характерны многочисленные попытки интерпретировать ИК спектры различных молекул. В ряде случаев эти попытки были неудачными (как, например, в случае Оз [41]) из-за переоценки качества имевшихся в то время экспериментальных данных. Уровень развития техники спектроскопического эксперимента не соответствовал значительно возросшему уровню развития теории. К данному периоду относятся также первые экспериментальные оценки дипольных моментов и прямые измерения геометрических параметров различных молекул. Первые варианты ударной и статистической теорий уширения спектральных линий были созданы именно в это время. На данном этапе было начато освоение ИК диапазона в оптическом контроле атмосферных газов.

Третий этап (конец 40-х - начало 70-х годов XX века) отмечен расширением фронта исследований и значительными успехами, обусловленными развитием как техники спектроскопии, так и теоретических методов. Повышение разрешения классических спектрометров до 0.1 см"1 открыло новый этап в изучении спектров поглощения молекул. Стала бурно развиваться микроволновая спектроскопия, позволившая получить мною ценной информации. Лишь на этом этапе стали возможными серьезные исследования вращательной структуры полос многих молекул, в том числе первые исследования столкновительпого уширения отдельных линий. С появлением ЭВМ стали развиваться вычислительные методы, позволившие решать более масштабные задачи. Были проведены первые дистанционные

Введение 9 измерения содержания газов в атмосфере путем измерений в микроволновом диапазоне и существенно улучшена техника измерений в ИК диапазоне.

Четвертый период начался примерно в середине 70-х годов и продолжается в настоящее время. К этому времени проблема дистанционного измерения концентраций естественных и загрязняющих компонент атмосферы частично перешла из области науки в область экономики и политики, что значительно стимулировало создание крупномасштабных исследовательских программ (например, в связи с обнаружением озоновых "дыр" в атмосфере, выбросами загрязнений в стратосферу пассажирскими авиалайнерами - проекты AEAP, AERONOX, MOZAIC, POL1NAT). Четвертый период характеризуется исключительным обилием информации, связанным с новым уровнем экспериментальной техники (усовершенствованные фурье- анализаторы, плавно перестраиваемые лазерные спектрометры, широкое использование ЭВМ в эксперименте и т.п), созданием автоматизированных баз ПСЛ молекул. Родилась и стала успешно развиваться нелинейная лазерная спектроскопия. Спектральное разрешение ~10 3-10 2 см"1 стало рядовым явлением, а разрешение микроволновых спектрометров достигло 0.1 МГц Развитие теоретических представлений позволило существенно продвинуться в области решения актуальных прикладных задач. Были разработаны разнообразные схемы спектроскопической диагностики газов, включая вещества малых концентраций. Так, например, применение методов оптоакустической и внутрирезонаторной спектроскопии, а также метода затухания излучения в резонаторе позволило создать лабораторные лазерные газоанализаторы с пороговой чувствительностью по коэффициенту поглощения вплоть до 109 см"1. Различные лазеры стали широко применяться для контроля загрязнений атмосферы, утечек газопроводов, и шерений температуры, скоростей потоков и т.п.

В то же время наметилось отставание развития теоретических представлений, сформированных, главным образом, на третьем этапе. В ряде случаев имеющиеся методы расчета оказались пе в состоянии воспроизвести должным образом все многообразие полученных экспериментальных данных. Современная ситуация напоминает чем-то ситуацию, сложившуюся па втором этапе, но с точностью "до наоборот". Ближайшей задачей поэтому является разработка новых и совершенствования имеющихся теоретических методов, обладающих высокой предсказательной силой и способных количественно обсчитывать эксперимент без подгоночных параметров. Параллельно должно вестись дальнейшее накопление экспериментальной информации, что сделает очевидной необходимость усовершенствования теории. Перспективными в этом отношении могут оказаться методы лазерной физики и нелинейной оптики, позволяющие селективно возбуждать колебательные и KB состояния (спектроскопия комбинационного рассеяния, генерация гармоник и суммарных

Введение 10 частот, возбуждение молекул сверхкороткими импульсами с плавной перестройкой частоты и др.). Именно для таких методов, в первую очередь, и нужны точные количественные модели.

Основные пробелы в развитии количественных моделей KB спектроскопии молекулярных газов относятся, в основном, к расчетным методикам, используемым при моделировании процессов возбуждения малоатомпых молекул в сильных ИК лазерных полях К настоящему времени данной проблеме посвящено большое число статей, обзоров и монографий (см , например, [17], [18], [19], [20], [35] и цитированную там литературу), однако задачу все же нельзя считать полностью решенной. Дело в том, что практически все ситуации моделировались с использованием тех или иных серьезных приближений, оправданных при анализе конкретной задачи, но оказывающихся непригодными для других. Так, при расчете лазерного ИК возбуждения молекулярного газа обычно не учитывается искажение максвелловского распределения по скоростям, возникающего в процессе поглощения. В то же время при малых давлениях этот эффект может существенно повлиять на величину поглощенной газом энергии излучения. Насыщение поглощения, как правило, рассматривают в рамках простейшей модели сильных столкновений для вращательной релаксации заселенностей энергетических уровней. При математическом моделировании лазерного возбуждения нижних уровней молекул в столкновительных условиях часто игнорируют многофотопный механизм возбуждения, а заселение уровней учитывают только каскадным путем за счет однофотонно1 о поглощения на каждой колебательной ступени. При этом игнорируется также механизм KB каскадного возбуждения [35]. Что же касается многофотонных процессов, то в литературе они обычно трактуются в рамках теории возмущений [19, 20]. Это в определенных условиях может быть источником ошибок и исключает автоматическое применение известных простых формул в расчетах с использованием баз ПСЛ. В [35] было показано, что моделирование ИК лазерного возбуждения даже относительно простых многоатомных молекул, обладающих плотной вращательной структурой спектра (Оз, SO2, и др.), в условиях столкновителыюго обмена следует проводить с учетом вовлечения в поглощение многих вращательных подуровней. В то же время в указанных работах многофотонные процессы и процессы KB каскадного возбуждения не учитывались.

Теоретическому моделированию нелинейного поглощения ИК излучения в многокомпонентных средах посвящено мало работ и они носят разрозненный характер (интерес был обусловлен, главным образом, "просветлением" атмосферною СОг при транспортировке энергии излучения СОг лазера сквозь атмосферу [21, 22]). Лишь относительно недавно в связи с проблемой нарушения локального термодинамического равновесия в верхней атмосфере появились модели для расчета неравновесных спектров излучения воздуха методом "line-byline" [23-25]. Однако они не являются универсальными, т.к. учитывают только колебательную

Введение 11 неравновесность. Недостаточно развито также моделирование тепловых эффектов при поглощении излучения в атмосфере (например, взрывного поглощения в парах воды). Несмотря на принципиальную ясность вопроса, детальная самосогласованная модель и соответствующее программное обеспечение для расчета нелинейных и неравновесных спектров поглощения воздуха с учетом всех видов неравновесности и тепловых эффектов на основе баз ПСЛ и моделей континуального поглощения в настоящее время отсутствует.

В этой связи отметим следующее важное обстоятельство. Несмотря на бурный прогресс баз ПСЛ не следует переоценивать их настоящие возможности. Основные недостатки (ограничения) баз HITRAN и GEISA следующие:

1) имеются лишь сведения об ограниченном числе газов, имеющих отношение к атмосфе; 2) многие линии, главным образом, слабые, отсутствуют; 3) коэффициенты уширения спектральных линий молекул соответствуют воздуху (21% Ог и 78% N2); 4) данные по уширению соответствуют равновесным условиям, т.е. максвелловскому распределению частиц но скоростям; 5) коэффициенты самоуширения в большинстве случаев отсутствуют; 6) коэффициенты индуцированного давлением сдвига линий также отсутствуют; 7) если нет экспериментальных данных, то для коэффициентов уширения линий приведены расчетные данные на основе полуклассических методик либо установлено оценочное постоянное значение. Отметим, что полуклассические методики, являясь несамосогласованными, имеют недостаточную точность, упрощенно трактуя некоторые важные эффекты межмолекулярною взаимодействия; 8) сведения, имеющиеся в современных базах ПСЛ, недостаточны для точною расчета поглощения между линиями полосы и за ее пределами. Причина этого - в отсутствии в базах ПСЛ данных об интерференции линий и о форме контура их далеких крыльев.

Что касается сечений столкновительной вращательной релаксации, которые нужны для расчета нелинейною поглощения и лазерною возбуждения молекул, то возможности современных компьютеризованных справочников (например, [26]) ограничены аналитическими аппроксимациями сечений в заданном интервале относительных энергий столкновений для небольшого числа молекулярных пар.

Все эти обстоятельства заставляют искать другие (дополнительные к базам ПСЛ) пути для получения надежной фундаментальной информации о спектроскопических проявлениях межмолекулярных взаимодействий в нужных (в том числе неравновесных) условиях -столкновительном уширении и сдвиге спектральных линий, константах скоростей вращательной и колебательной релаксации и др.

Цель диссертационной работы состояла в разработке методов количественного моделирования KB спектров линейного и нелинейного поглощения неравновесных товых

Введение 12 смесей малоатомных молекул и решении с помощью этих методов ряда актуальных задач диагностики загрязненной атмосферы.

Для достижения сформулированной цели необходимы исследования по трем направлениям: 1) получение фундаментальной информации о процессах (ширины и формы спектральных линий, константы скоростей релаксации и др.); 2) разработка теоретических методик и компьютерных программ для моделирования взаимосвязанных физических эффектов, 3) проведение самосогласованных расчетов для реальных условий с учетом многочисленных факторов.

В рамках этих направлений необходимо решить следующие задачи:

- выяснить влияние лазерно- индуцированной неравновесности распределений по скоростям, возникающей при инфракрасном (ИК) возбуждении молекулярного i аза при малых давлениях, на коэффициент поглощения, показатель преломления и вероятность колебательного возбуждения (в конечном счете, на величину поглощенной газом энергии излучения);

- исследовать ИК лазерное возбуждение нижних колебательных уровней молекул с учетом их вращательной структуры, столкновительного уширения и релаксации;

- провести моделирование нелинейного и неравновесного поглощения излучения в атмосфере и других многокомпонентных средах;

- выбрать падежные (не нуждающиеся в подгоночных параметрах) методы для получения отсутствующих или уточнения имеющихся данных о сечениях столкновительных процессов (вращательной релаксации, образовании комплексов, уширепии спектральных линий) в равновесных и неравновесных условиях;

- разработать методы и программы для решения актуальных задач ИК и микроволновой спектроскопии загрязненной атмосферы и других многокомпонентных сред (например, самолетного следа), в том числе многочастотного лазерного газоанализа смесей в ИК диапазоне. В этой связи нужно также исследовать возможности применения неравновесной ИК спектроскопии к детектированию малых газовых составляющих атмосферы.

Объектом исследования в данной работе являются процессы взаимодействия излучения с малоатомными молекулами в газовой фазе и процессы столкновений таких молекул между собой. Не затрагиваются вопросы взаимодействия мощного ИК излучения с большими многоатомными молекулами, обладающими колебательным квазиконтинуумом [27, 28], где важны переходы типа "уровень-зона" и "зона-зона" [29, 30].

Методы исследования включают в себя численное и аналитическое (где это возможно) моделирование процессов взаимодействия излучения с веществом и межмолекулярных взаимодействий с использованием современных баз ПСЛ молекул, высотно- сезонпо

Введение 13 широтных моделей атмосферы, информации о поверхностях потенциальной энергии взаимодействия частиц. Защищаемые положения

1. Развитые теоретические модели ИК лазерного возбуждения малоатомных молекул в столкновительпых условиях позволяют в рамках единого подхода количественно моделировать с помощью современных компьютерных баз параметров спектральных линий кинетику заселенностей колебательных уровней, учитывая достаточно полно и взаимосвязано все основные спектроскопические и кинетические процессы: уширение спектральных линий, поступательную, вращательную и колебательную релаксацию, одпофотопное, двухфотонное и каскадное возбуждение. Это, в свою очередь, делает возможным прогнозирование с высокой степенью точности величины поглощенной газом энергии излучения и коэффициента поглощения в широком диапазоне давлений и температур газа, частот и иптенсивностей излучения.

2. Интенсивное ИК лазерное излучение способно качественно и количественно менять спектр поглощения атмосферы вплоть до образования отрицательного поглощения в канале пучка, что показано на основе разработанной самосогласованной теоретико- численной модели нелинейного и неравновесного ИК поглощения воздуха (смесь НгО, СОг, N2, О2), учитывающей влияние всех основных атмосферных факторов.

3. Метод классических траекторий является достаточно простой и надежной альтернативой квантовым методам в количественных исследованиях столкновительного уширения спектральных линий, вращательной релаксации и образования столкновительпых комплексов в равновесных и неравновесных условиях.

4. Измерение радиояркостного контраста вихревого следа реактивного самолета на фоне окружающей атмосферы обеспечивает возможность простого и удобного его обнаружения. При этом водяной пар, содержащийся в следе, оказывается подходящим газом- маркером для визуализации следа в миллиметровой и субмиллиметровой области спектра, где находятся вращательные линии Н2О.

5. Разработанные методы и программы позволяют оптимизировать выбор аналитических частот при спектроскопическом газоанализе заданной многокомпонентной смеси, а также определять концентрации газов из экспериментов по ИК лазерному трассовому поглощению смесей с перекрывающимися спектрами компонент при произвольной ширине и форме линии зондирующего излучения. Импульсный электроионизационный широкодиапазонный СО лазер, генерирующий излучение как на основных, так и на обертонных колебательных переходах, обладает уникальными возможностями в количественной ИК спектроскопической диагностике загрязнений атмосферы, обеспечивая возможность измерения концентраций СО, NO, SO2, NO2,

Введение 14

NH3, HN03, ОН, Н2СО, HCN, Н202, H2S, Н02, С2Н4, С2Н2, С6Н6, С7Н8, С8Н,0, С3Н4О и другах 1азов естественного и антропо1 енного происхождения.

6 Методы спектроскопического гаюанализа, использующие предварительное ИК лазерное возбуждение KB уровней молекул в зондируемом объеме среды, существенно повышают чувствительность и селективность измерений концентраций малых примесей загрязняющих веществ.

Научная новизна работы

Выполнен цикл теоретико-числеиных работ, направленный на разработку методов количественного моделирования процессов, влияющих на формирование ИК и микроволновых спектров поглощения газовых смесей малоатомных молекул в равновесных и неравновесных условиях.

1. Построена теоретическая модель ИК возбуждения колебательных уровней молекул, учитывающая в отличие от ранних работ лазерно- индуцированную неравновесность распределений частиц по скоростям. Предложена процедура одновременного измерения скоростей упругой и вращательно неупруюй столкновительной релаксации заселенностей KB уровней.

2. Развит математический аппарат для расчета с помощью баз ПСЛ типа H1TRAN спектров поглощения неравновесных молекулярных газов, а также лазерного ИК возбуждения нижних колебательных уровней с учетом столкновительной вращательной и колебательной релаксации. Предложена строгая (не использующая теорию возмущений) методика численного моделирования двухчастотпого лазерного возбуждения KB уровней малоатомных в столкновительных условиях. Детальность описания процессов в предложенных моделях позволила обнаружить и исследовать ряд неизвестных ранее эффектов.

3. Предложена самосогласованная теоретико- численная методика моделирования нелинейного и неравновесного поглощения атмосферного воздуха в ИК диапазоне, обусловленного, главным образом, Н20 и С02. Разработана модель континуального поглощения Н20 в колебательно неравновесных условиях.

4. Продемонстрирована возможность эффективного управления поглощением атмосферы в различных спектральных интервалах с помощью создания колебательной неравновесности, например, путем воздействия интенсивного ИК излучения на молекулы Н20 и С02 , содержащиеся в воздухе.

5. Существенно развит и доведен до состояния возможности сравнения теории с экспериментом метод классических траекторий применительно к моделированию столкновительного уширения спектральных линий и полос поглощения линейных молекул.

Введение 15

Исследовано влияние вращательной и поступательной неравновесности распределений сталкивающихся частиц на уширение спектральных линий.

6. Предложен и развит метод визуализации вихревого самолетного следа, содержащего пары воды, основанный на измерении его радиояркостного контраста по отношению к окружающей атмосфере в миллиметровой и субмиллиметровой области спектра.

7 Разработаны методы и программы решения обратных задач и многофакторпого сравнения диагностических возможностей различных ИК молекулярных лазеров в спектроскопическом газоанализе многокомпонентных смесей с перекрывающимися спектрами.

8. Разработан новый метод экспериментального определения спектральной формы линии излучения перестраиваемого трассового абсорбционного ИК лазерного газоанализатора трехмикронпого диапазона.

9. Предложены новые способы улучшения чувствительности и селективности спектроскопического детектирования газов малых концентраций с помощью предварительного ИК лазерного возбуждения молекул в зондируемом объеме среды.

Практическая шачимость исследования

Предложенная процедура одновременного измерения скоростей упругой и вращательно неупру! ой столкновительпой релаксации заселенностей KB уровней молекул может дать более детальную информацию о межмолекулярных взаимодействиях.

Показаны преимущества использования эффекта частичной инверсии для измерения параметров слабых KB переходов.

Выведенные формулы для поглощенной энергии молекулярного газа при его однофотонном, каскадном и двухфотонном возбуждении ИК лазерным импульсом в условиях колебательной и вращательной столкновительной релаксации могут найти применение в разработке новых схем нелинейной оптоакустической спектроскопии.

Предсказанные эффекты неравновесного изменения спектров поглощения могут использоваться для управления прозрачностью атмосферы, например, путем уменьшения сильного мешающего noi лощения молекул 1ЬО и СО2 с помощью ИК лазеров. Данное обстоятельство способно повысить чувствительность спектроскопического детектирования малых концентраций газов, а также значительно снизить тепловое расплывание лазерного пучка. Неравновесные эффекты в континууме водяного пара могут применяться также для постановки экспериментов с целыо окончательного выяснения природы континуума водяного пара в различных спектральных областях, а также для построения надежной модели континуума при высоких температурах в условиях термодинамического равновесия.

Полученные результаты по радиотепловой визуализации вихревого самолетного следа позволяют планировать эксперимент по обнаружению следа на различных высотах полета.

Введение 16

Предложеный простой метод экспериментального определения спектральной формы узкополосной линии ИК излучения перестраиваемого лазерного спектрометра может использоваться для измерений в случае отсутствия специальной аппаратуры высокой разрешающей силы.

Разработанные методы и программы для газоанализа многокомпонентных смесей и результаты расчетов могут быть использованы при планировании эксперимента и разработке приборов дистанционного зондирования атмосферы и газовых потоков (например, выхлопов двигателей различных транспортных средств, в том числе реактивных самолетов). Структура и работы

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, приложения и списка цитируемой литературы.

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Иванов, Сергей Викторович

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем.

1. Установлено, что лазерио- индуцированная неравновесность распределений молекул по скоростям на резонансных излучению KB уровнях заметно меняет вероятность лазерного возбуждения колебаний, коэффициент noi лощения излучения и показатель преломления в области аномальной дисперсии. На основе развитых моделей предложен способ одновременного определения скоростей упругой и вращательио неупругой столкновительной релаксации заселенностей KB уровней молекул.

2. Исследовано бесстолкновительное возбуждение колебательных переходов малых молекул типа асимметричного волчка в поле спектрально- ограниченного лазерного импульса. Установлено существование трех режимов взаимодействия молекул с полем, различающихся зависимостью вероятности возбуждения от интенсивности излучения. На примере Oj проведено сравнение эффективности возбуждения в столкновительных и бесстолкновительных условиях. Показано, что для лазерных импульсов с длительностью ти> 10 пс при давлениях р > 3 Торр более эффективными оказываются столкновительные условия возбуждения.

3. Развит математический аппарат для расчета спектра линейною поглощения ИК излучения в неравновесных условиях. Выведены формулы для интегральных интенсивностей линии и коэффициента поглощения в двух- и трехуровневой колебательной системе с вращательной структурой в неравновесных условиях. Эти формулы, зависящие от поступательной, вращательной и колебательной температур, обеспечивают описание спектра поглощения в случае как колебательной, так и вращательной неравновеспости. Введена классификация режимов поглощения.

4. Предложена строгая методика численного моделирования с помощью баз параметров спектральных линий двухчастотного лазерного возбуждения трех колебательных уровней молекул в столкновительных условиях. Впервые точно (без использования теории возмущений) учтен вклад двухфотонных процессов и KB каскадных переходов. Работоспособность методики проверена на примере ИК лазерного возбуждения Оз и установлено, что вклад KB каскадных переходов способен увеличить поглощенную озоном энергию излучения вплоть до 3 раз, заметно улучшая при этом сщласие с экспериментом в сравнении с ранними, более простыми методиками.

5. На основе развитого математического аппарата для описания лазерного возбуждения нижних уровней молекул разработана самосогласованная методика численного моделирования нелинейного и неравновесного поглощения ИК излучения в атмосфере. Установлено, что среди малых газовых составляющих атмосферы (Н20, СОг, Оз, N2O, СО, СН,», NO, NO2, SO2 и др.) водяной пар является наилучшим объектом для реализации эффекта частичной инверсии.

Заключение 322 спектроскопическом газоанализе многокомпонентных смесей. Обнаружено, что в настоящее время наилучшими диагностическими возможностями обладают лазеры на NH3 и на СО. Показано, что широкодиапазонный СО лазер (генерирующий излучение как па фундаментальных, так и на обертонных переходах) обладает уникальными возможностями в многочастотной спектроскопической диагностике загрязнений атмосферы, в том числе выхлопов двигателей.

10. Предложены способы улучшения чувствительности и селективности спектроскопического детектирования газов малых концентраций с помощью предварительною ИК лазерного возбуждения молекул в зондируемом объеме среды. Рассмотрены дне возможности повышения чувствительности измерения концентрации: 1) уменьшение фонового поглощения СО2 и Н2О и 2) увеличение сечения поглощения детектируемого газа путем перехода к зондированию в горячих полосах. Предложен метод трассового абсорбционного лазерного газоанализа с использованием двойного ИК резонанса.

В шключение выражаю глубокую благодарность моему научному консультанту профессору Владиславу Яковлевичу Панченко за многочисленные дискуссии и критические замечания. Особую признательность хочу выразить О.Г. Бузыкину за постоянную и разностороннюю помощь на высочайшем профессиональном уровне физика и вычислителя. ? признателен А.П. Гальцеву, в течение многих лет вдохновлявшему работы по вычислительной молекулярной спектроскопии, а также В.В. Цуканову за многочисленные консультации по методу классических траекторий. Благодарю за критические замечания и полезные обсуждения А.А. Вигасина, В.М. Гордиенко, И.М. Григорьева, А.А. Ионина, М.Н. Когана, И.Н. Князева, С.Е. Локштанова, В.Т. Платоненко, М.В. Тонкова, А.В. Шустова. Я признателен всем своим соавторам, коллегам, друзьям и членам моей семьи, в течение многих лет терпеливо помогавшим мне в работе и оказывавшим моральную поддержку.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Иванов, Сергей Викторович, 2006 год

1. Rothman L.S., Barbe A., Benner D.C. et al. The HITRAN molecular spectroscopic database: editions of 2000 including updates through 2001// J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 2003, V. 82, P. 5-44. httpY/cfa-www.harvard edu/HITRAN.

2. Jacquinet-Husson N , Апе E, Ballard J. et al. The 1997 spectroscopic GEISA databank// J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer, 1999, V. 62, P. 205-254. http://ara.lmd polytechnique.fr.

3. Kneizys F.X., Shettle E.P., Abreu L.W., Chetwynd J.H., Anderson G.P., Gallery W.O., Selby J.E.A, Clough S.A. User's guide on LOWTRAN-7. Report AFGL-TR-88-0177, Air Force Geophysics Laboratory, Hanscom AFB, Ma 01731 (1988).

4. Berk A., Bernstein L S, Robertson D.C. MODTRAN: a moderate resolution model for LOWTRAN-7. Report AFGL-TR-89-0122, Air Force Geophysics Laboratory, Hanscom AFB, Ma 01731 (1989).

5. Smith H J.P., Dube D.J., Gardner M.E., Clough S.A., Kneizys F.X., Rothman L.S. FASCODE Fast Atmospheric Transmission Code. Report AFGL- TR- 78-0081, Air Force Geophysics Laboratory, Hanscom AFB, Ma 01731 (1978).

6. Войцеховская O.K., Розина A.B., Трифонова H.H. Информационная система но спектроскопии высокого разрешения. Новосибирск: Наука, 1988.

7. Мицель А.А., Пономарев Ю.Н. Оптические модели молекулярной атмосферы. Новосибирск: Наука, 1988.

8. Anderson G., Clough S., Kneizys F., Chetwynd J., and Shettle E. AFGL Atmospheric Constituent Profiles (0 120 km), Air Force Geophysics Laboratory, AFGL-TR-86-0110, Environmental Research Paper №954 (1986).

9. Краснов И.В., Шапарев Н.Я., Шкедов И.М. Оптимальные лазерные воздействия. Новосибирск: Наука, 1989.

10. Герцберг Г. Спектры и строение двухатомных молекул. М.: ИЛ, 1949.

11. Герцберг Г. Колебательные и вращательные спектры многоатомных молекул. М.: ИЛ, 1949.

12. Таунс Ч., Шавлов А. Радиоспектроскопия. М.: ИЛ, 1959.

13. Быков АД., Макушкин Ю.С., Улеников О.Н. Колебательно-вращательная спектроскопия водяного пара. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1989.

14. Быков АД, Синица Л.Н., Стариков В.И. Экспериментальные и теоретические методы в спектроскопии водяного пара. Новосибирск: изд-во Сибирскою отделения РАН, 1999.

15. Breene R.G. The shift and shape of spectral lines. Oxford, London, New York, Paris. Pergamon1. Литература 3331. Press, 1961.

16. Breene R G. Theories of spectral line shape. New York. Wiley, 1981.

17. Гордиец Б.Ф., Осипов А. И., Шелепин JI. А. Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры М.: Наука, 1980.

18. Капителли М. Неравновесная колебательная кинетика. М.: Мир, 1989.

19. Bloembergen N., Levenson M.D. 1976 Doppler-Free Two-Photon Absorption Spectroscopy. In: High-Resolution Laser Spectroscopy, ed. by K. Shimoda, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New-York, V. 13, P. 315-369.

20. Сартаков Б.Г. Моделирование колебательно- вращательных спектров и процесса резонансного многофотонною возбуждения многоатомных молекул// Труды ИОФАН, 1990, Т. 27, С. 3-51.

21. Avizonis P.V., Butts R., Hogge В. Atmospheric 10 6 -цт absorption coefficient: dynamics// Appl. Opt, 1975, V. 14, №8, P. 1911-1916.

22. Douglas-Hamilton D.H. Transmission at ?.=10 6-цт wavelength through the upper atmosphere// Appl. Opt., 1978, V. 17, № 15, P. 2316-2320.

23. Edwards D.P., Lopez-Puertas M. Non-local thermodynamic equilibrium studies of the 15-цт bands of C02 for atmospheric remote sensing// J. Geophys. Res., 1993, V. 98, № D8, P. 14955-14977.

24. Bullitt M K., Bakshi P.M., Picard R.H., Sharma R.D. Numerical and analytical study of high-resolution limb spectral radiance from nonequilibnum atmospheres// J. Quant. Spectrosc. Radiat. Trans., 1985, V. 34, № 1, P. 33-55.

25. Wintersteiner P.P., Picard R H., Sharma R.D., Winick J.R. Line-by-line radiative excitation model for the nonequilibrium atmosphere// J. Geophys. Res., 1992, V. 97, № D16, P. 18083-18117.

26. Физико-химические процессы в газовой динамике. Компьютеризованный справочник в 3-х томах. Под ред. Г.Г. Черною и С.А. Лосева. М: Изд-во Моск. ун-та (Т. 1, 1995), Научно-изд. центр механики (Т. 2,2002).

27. Bagratashvili V.N., Letokhov V.S., Makarov А.А., Ryabov E.A. Multiple Photon Infrared Photophysics and Photochemistry. Chur et al.: Harwood acad. publ., 1985.

28. Летохов B.C., Макаров А А. Многоатомные молекулы в сильном инфракрасном поле// УФН, 1981, Т. 134, № 1, С. 45-91.

29. Акулин В.М., Дыхне A.M. Динамика возбуждения многоуровневых систем зонного типа в лазерном поле// ЖЭТФ, 1977, Т. 73, № 6, С. 2098-2110.

30. Макаров А.А., Платоненко В.Т., Тяхт В.В. Взаимодействие квантовой системы "уровень-зона"// ЖЭТФ, 1977, Т. 73, № 6, С. 2098-2110.1. Литература 334

31. Иванов С.В., Панченко В Я. Бесстолкновительное лазерное возбуждение молекулярных колебательных переходов со сложной вращательной структурой// Оптика атмосферы, 1989, Т. 2, № 12, С. 1265-1272.

32. Иванов С.В. Влияние изменения параметров воздуха и излучения на коэффициент молекулярного поглощения атмосферы в инфракрасном диапазоне// Труды ЦАГИ, 1990, Вып. 2461, С. 15-27.

33. Иванов С.В., Пеньков Б А , Шустов А.В. Таблицы высотных профилей коэффициента молекулярного поглощения атмосферой лазерного излучения инфракрасного диапазона// Труды ЦАГИ, 1990, Вып. 2461, С. 27-77.

34. Базелян А.Э., Иванов С.В. Прямое статистическое моделирование многоканальных процессов в газе// Препринт ЦАГИ, 1990, № 14,9 с.

35. Иванов С.В., Панченко В Я. Лазерная ИК- спектроскопия озона// Итоги науки и техники. Сер. Современные проблемы лазерной физики. Т. 1. Лазерная атомно-молекулярная технология и диагностика элементарных процессов. М.: ВИНИТИ, 1990, С. 56-151.

36. Базелян А.Э., Иванов С В , Коган М.Н. О роли неравновесных распределений по скоростям в задаче лазерного возбуждения колебательно- вращательных переходов молекул// ЖЭТФ, 1991, Т. 99, №4, С. 1088-1102.

37. Базелян А.Э., Иванов С.В, Коган М.Н., Панченко В.Я. Резонансная самофокусировка в газе при лазерно-индуцированной неравновесности распределений молекул по скоростям// Оптика атмосферы и океана, 1992, Т. 5, № 4, С. 408-412.

38. Гальцев А.П., Иванов С.В., Пеньков Б.А., Шустов А.В. Ослабление инфракрасного излучения атмосферным аэрозолем//Труды ЦАГИ, 1993, Вып. 2500, С. 1-159.

39. Иванов C.B., Панченко В.Я., Разумихипа Т.Б. Лазерный газоанализ многокомпонентных смесей с перекрывающимися спектрами: теория и программа обработки экспериментальных данных// Оптика атмосферы и океана, 1993, Т. 6, № 8, С. 1023-1029.

40. Иванов С.В, Панченко В.Я. Инфракрасная и микроволновая спектроскопия озона: исторический аспект// УФН, 1994, Т. 164, № 7, С. 725-742.

41. Ivanov S.V., Novoderezhkin V.I., Panchenko V. Ya., Solomatin V.S., Kholodnykh A.I. Laser Infrared Spectrometer for Atmosphere Gas Analysis and Medicine// Optical Engineering, 1994, V. 33, №10, P. 3202-3205.1. Литература 335

42. Иванов С В., Русьянов Д А. Об определении скоростей упругой и вращательно-неупругой столкновительной релаксации колебательно-вращательных уровней молекул // Химическая физика, 1996, Т. 15, №9, С. 105-114.

43. Илларионов В.Ф, Шустов А.В., Иванов С.В., Кучеров А.Н. Моделирование полета летательных аппаратов с дистанционным подводом энергии// Техника Воздушного Флота. Изд. ЦАГИ, 1997, Т. LXXI, № 1(624), С. 47-52.

44. Иванов С.В., Шустов А.В. Дистанционное обеспечение летательных аппаратов энергией радиоволн: спектроскопические аспекты// Техника Воздушного Флота. Изд. ЦАГИ, 1997, № 3, С. 34-39.

45. Иванов С.В., Русьянов Д А. Лазерный трассовый газоанализ атмосферы с использованием спектроскопии двойною инфракрасного резонанса// Оптика атмосферы и океана, 1998, Т. 11, №4, С. 335-342.

46. Ivanov S.V., Panchenko V.Ya. Novel Optical Methods of Pollution Monitoring // In: Proceedings of the International Conference on Ecology of Cities, 8-12 June, 1998, Rhodes, Greece, P. 25-37.

47. Ivanov S.V., Buzykin O.G., Rusyanov D.A. Atmospheric transmission control with infrared lasers// Proc. SPIE, 1999, V. 3688, P. 501-507. ILLA'98 (27 29 June 1998, Shatura, Moscow Region, Russia).

48. Бузыкин О.Г., Иванов С.В., Русьянов Д.А. Управление пропусканием атмосферы с помощью инфракрасных лазеров// Изв. РАН, Сер. Физ., 1999, Т. 63, № 10, С. 1986-1991.

49. Ivanov S.V., Buzykin О. G, Rusyanov D.A. Laser-induced atmospheric transmission windows in infrared// Proc. SPIE, 1999, V. 3732, P. 157-163. ICONO'98 (29 June 3 July 1998, Moscow, Russia).

50. Бузыкин О.Г., Иванов C.B. Частичная инверсия в малых молекулах: новые возможности для спектроскопической диагностики газов// Оптика и спектроскопия, 2000, Т. 88, № 5, С. 772-781.

51. Ivanov S.V. Microwave absorption spectra of the atmosphere and aircraft w ake//F light s afety, aircraft vortex wake and airport operation capacity. Collection of papers. Trudy TsAGI, 1999, V. 2641, P. 329-339.

52. 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, V. 18, P. 697-713.

53. Buzykin O.G., Ionin A.A., Ivanov S.V., Kotkov A.A., Seleznev L.V., Shustov A.V. Propagation of overtone CO laser radiation through the atmosphere // Proc. Int Conf. "LASERS 2000", 4-8 Dec 2000, Albuquerque, NM, USA, STS Press, McLean, VA, USA (2001).

54. Бузыкин О.Г., Иванов C.B., Ионин A.A., 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.

55. Бузыкин О.Г., Иванов С.В, Ионин А.А., Котков А.А., Селезнев JI.B. Количественная спектроскопическая диагностика загрязнений атмосферы с помощью излучения СО-лазера на первом обертоне// Изв. РАИ, Сер Физ., 2002, Т. 66, № 7, С. 962 967.

56. Бузыкин О Г., Иванов С.В. К насыщению поглощения в колебательно- вращательных полосах молекул// Оптика и спектроскопия, 2002, Т. 92, № 3, С. 406 412.

57. Бузыкин О.Г., Иванов C.B. О визуализации самолетного следа методом микроволновой радиометрии// Труды ЦАГИ, 2002, Вып. 2657, С. 78-89.

58. Бузыкин О.Г., Иванов С.В. Континуальное поглощение водяного пара в колебательно неравновесных условиях// Оптика атмосферы и океана, 2003, Т. 16, № 3, С. 235-244.

59. Buzykin O.G., Ionin A.A., Ivanov S.V., Kotkov А.А., Kozlov A.Yu. Spectroscopic Detection of Sulfur Oxides in the Aircraft Wake// Moscow, 2004. (Preprint №5/ Lebedev Physical Institute, Russian Academy of Sciences) 34 p.

60. Иванов C.B., Ионин А А., Котков А.А., Козлов А.Ю., Селезнев JI.B, Синицын ДВ., Бузыкин О.Г. Детектирование выхлопных газов двигателя с помощью СОг- и СО-лазеров// Химическая физика, 2004, Т. 23, № 8, С. 62-70.

61. Иванов С.В., Панченко В.Я. Метод измерения спектральной формы линии излучения трассового лазерного газоанализатора трехмикронного диапазона// Журнал прикладной спектроскопии, 2004, Т. 71, № 4, С. 532-538.

62. Ivanov S.V. Peculiarities of atom-quasidiatom collision complex formation: classical trajectory study//Mol. Phys.,2004, V. 102, №16-17, P. 1871-1880.

63. Lokshtanov S.E., Ivanov S.V., and Vigasin A.A. Statistical physics partitioning and classical trajectory analysis of the phase space in СОг-Ar weakly interacting pairs// J. Molec. Structure, 2005, V. 742, P. 31-36.

64. Buldyreva J., Ivanov S.V., and Nguyen L. Collisional hnebroadening in the atmosphere of light particles: problems and solutions in the framework of semiclassical treatment// J. Raman Spectrosc., 2005, V. 36, P. 148-152.1. Литература 338

65. Ivanov S.V., Nguyen L., Buldyreva J. Comparative analysis of purely classical and semiclassical approaches to collision line broadening of polyatomic molecules: I. С2Н2-АГ case// J. Molec. Spectrosc., 2005, V. 233, P. 60-67.

66. Buzykin О 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, V. 26, № 5, P. 402-426.1. Литература к Главе I

67. Гордиец Б Ф., Осипов А И , Шелепин JI.A. Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры. М.: Наука, 1980.

68. Капителли М. Неравновесная колебательная кинетика. М.: Мир, 1989.

69. Летохов B.C. Нелинейные селективные фотопроцессы в атомах и молекулах. М.: Наука, 1983.

70. Иванов С.В., Панченко В.Я., Чугунов А.В. Воздействие сильных лазерных ИК-полей на трехатомные молекулы// Изв АН СССР, Сер. Физ., 1986, Т. 50, С. 695-701.

71. Джиджоев М.С , Попов В.К., Платоненко В.Т., Чугунов А.В. Поглощение молекул озона в интенсивном поле инжекционного TEA СОг-лазера// Квантовая электроника, 1984, Т. 11, № 7, С. 1357-1363.

72. Chugunov A.V., Djidjoev M.S., Ivanov S.V., Panchenko V.Ya. Nonlinear Absorption of Strong IR Radiation by Triatomic Molecules//Opt. Lett., 1985, V. 10, P. 615-617.

73. Иванов C.B., Панченко В.Я. О лазерном возбуждении молекулярных колебательных переходов с плотной вращательной структурой спектра// Оптика атмосферы, 1989, Т. 2, С. 5562.

74. Летохов B.C., Чеботаев В.П. Принципы нелинейной лазерной спектроскопии. М: Наука, 1975.

75. Раутиап С.Г., Смирнов Г.И., Шалагин A.M. Нелинейные резонансы в спектрах атомов и молекул. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1979.

76. Демтредер В. Лазерная спектроскопия: Основные принципы и техника эксперимента. М.: Наука, 1985.

77. Гельмуханов Ф.Х., Шалагин A.M. Светоиндуцированная диффузия газов// Письма в ЖЭТФ, 1979, Т. 29, С. 773-776. Дыхне A.M., Старостин А.Н. Теория дрейфового движения молекл в поле резоиансно1 о инфракрасног о излучения// ЖЭТФ, 1980, Т. 79, С. 1211-1226.

78. Haverkort J.E.M., Werij H.G.C., Woerdman J.P.// Phys.Rev. A., 1988, V. 38, P. 4054.

79. KoiaH M.H. Динамика разреженного газа. M.: Наука, 1967.

80. Ферцигер Дж, Капер Г. Математическая теория процессов переноса в газах. М.: Мир, 1976.

81. А И. Осипов. Вращательная релаксация в газах//ИФЖ, 1985, Т. XLIX,№ 1, С. 154-170.

82. Preston R.K., Pack R.T. Mechanism and rates of rotational relaxation of С02(001) in He and Аг// J. Chem. Phys , 1978, V. 69, № 6, P. 2823-2832.

83. Виттеман В. С02-лазер. M.: Мир, 1990.

84. Летохов ВС., Макаров А.А. Кинетика возбуждения колебаний молекул инфракрасным лазерным излучением// ЖЭТФ, 1972, Т. 63, Вып. 6, № 12, С. 2064-2076.

85. Зуев В.Е. Распространение лазерного излучения в атмосфере. М.: Радио и связь, 1981.

86. Мицель А.А., Пономарев Ю.Н. Оптические модели молекулярной атмосферы. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1988.

87. Картошин В.Н., Солоухин Р.И. Макроскопические и молекулярные процессы в газовых лазерах. М.: Атомиздат, 1981.

88. Borenstein М., Lamb W.E. Effect of velocity changing collisions on the output of a gas laser// Phys Rev. A, 1972, V. 5, № 2, P. 1311-1323.

89. Берд Г. Молекулярная 1азовая динамика. М.: Мир, 1981.

90. Лосев С.А. Газодинамические лазеры. М.: Наука, 1977.

91. Rothman L.S. AFGL line parameters compilation: 1980 version// Appl. Opt., 1981, V. 20, № 5, P. 791-795.

92. Рид P., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. Л.: Химия, 1982.

93. Sherwood А.Е., Praushnitz J.M. Intermolecular potential function and the second and third virial coefficients//J. Chem. Phys., 1964, V. 41, № 2, P. 429-437.

94. Лазерная и когерентная спектроскопия/ Под ред. Дж. Стейнфелда. М.: Мир, 1982.

95. Koura К. Hole burning info molecular velocity distribution due to monochromatic radiation and molecular elastic collisions//J. Chem. Phys., 1980, V. 72, P. 268-271.

96. Базелян А.Э., Иванов С.В. Прямое статистическое моделирование многоканальных процессов в газе. Препринт ЦАГИ, 1990, № 14, 9 с.

97. Javan A., Kelley P.L. Possibility of self-Focusing due to intensity dependent anomalous dispersion// IEEE J. Quant. Electr., 1966, V. QE-2, № 9, P. 470-473.

98. Бутылкии B.C., Каплан A.E., Хронопуло Ю.Г., Якубович Е.И. Резонансное взаимодействие света с веществом. М.: Наука, 1977.

99. Ахманов С.А., Хохлов Р.В., Сухорукое А.П.// УФН, 1967, Т. 93, Вып. 1, С. 19-70.1. Литература 3401 35 Осипов А И., Папченко В Я. Тепловые эффекты при взаимодействии лазерною излучения с молекулярными газами. М.: МГУ

100. Базелян А.Э., Иванов С.В., Коган М.Н. О роли неравновесных распределений по скоростям в задаче лазерного возбуждения колебательно- вращательных переходов молекул// ЖЭТФ, 1991, Т. 99, Вып. 4, С. 1088-1102.

101. Файн В М., Ханин Я.И. Квантовая радиофизика М.: Сов. радио, 1965.

102. Иванов С.В. Влияние изменения параметров воздуха и излучения на коэффициент молекулярного поглощения атмосферы в инфракрасном диапазоне// Труды ЦАГИ, 1990, Вып. 2461,С. 15-17.

103. Елецкий А. В., Панкина Л.А., Смирнов Б.М. Явления переноса в слабоионизованной плазме. М.: Атомиздат, 1975.

104. Богданов А.В., Дубровский Г.В., Осипов А.И., Стрельченя В.М. Вращательная релаксация в газах и плазме. М.: Энергоатомиздат, 1991.

105. Летохов B.C., Чеботаев В.П. Нелинейная лазерная спектроскопия сверхвысокого разрешения. М.:Наука, 1990.

106. Green S. Theoretical line shapes for rotational spectra of HC1 in Ar// J. Chem. Phys., 1990, V. 92, № 8, P. 4679-4685.

107. Flannery C., Klaassen J J., Gojer M. et al. Measurement of self-broadening of ozone V3 transmissions//JQSRT, 1991, V. 46, № 2, P. 73-80.

108. Steinfeld J.I., Houston P.L // In: Laser and Coherent Spectroscopy/ Ed. Steinfeld J.I. N.Y.:Plenum, 1978, P. 1.

109. Flannery C., Mizugai Y., Steinfeld J.I, Spencer M N. Rotational relaxation contributions to infrared broadening in ozone//J. Chem Phys., 1990, V. 92(8), P. 5164-5165.

110. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Наука. 1965.1. Литература 341

111. Rothman L.S., Gamache R R., Goldman A.A. et al. The HITRAN database: 1986 editions// Appl. Opt., 1987, V. 26, № 19, P. 4058-4097.1. Литература к главе II

112. Летохов В С. Нелинейные селективные фотопроцессы в атомах и молекулах. М.: Наука,1983.

113. Акулин В М. Мноюфотонные процессы в молекулах//Труды ФИАН, Т. 146, М.: Наука,1984.

114. Chugunov А.V., Djidjoev М S., Ivanov S.V., Panchenko V.Ya. Nonlinear Absorption of Strong IR Radiation by Tnatomic Molecules// Opt. Lett., 1985, V. 10, № 12, P. 615-617.

115. Иванов С.В., Панченко В.Я. О лазерном возбуждении молекулярных колебательных переходов с плотной вращательной структурой спектра// Оптика атмосферы, 1989, Т. 2, № 1, С. 55-62.

116. Ландау ЛД, Лифшиц ЕМ. Квантовая механика. Нерелятивистская теория. М. Паука, 1974.

117. Делоне Н.Б., Крайнов В.П. Атом в сильном световом поле. М.: Энергоатомиздат, 1984.

118. Гореславский С.П., Яковлев В.П.// Изв. АН СССР, Сер. Физ., 1973, Т. 37, № 10, С. 2211.

119. Меликян А.О//Докл. АН АрмССР, 1970, Т. 51,№4, С. 214.

120. Ахманов С.А., Выслоух В.А., Чиркин А.С. Оптика фемтосекундных лазерных импульсов М.: Наука, 1988.

121. Таунс Ч , Шавлов А. Радиоспектроскопия. М.: ИЛ, 1959.

122. Янке Е., Эмде Ф., Леш Ф. Специальные функции. Формулы, графики, таблицы. М.: Паука, 1977.

123. Алимпиев С.С., Карлов Н.В.//ЖЭТФ, 1974, Т. 66, Вып. 2, С. 542.

124. Прудников А П., Брычков Ю.А., Маричев О.И. Интегралы и ряды. Дополнительные главы. М: Наука, 1986.

125. Bagratashvili V.N., Letokhov V.S., Makarov A.A., Ryabov E.A. Multiple Photon Infrared Pholophysics and Photochemistry. Chur et al.: Harwood acad. publ., 1985.1. Литература 342

126. Летохов B.C., Макаров А.А. Многоатомные молекулы в сильном инфракрасном ноле// УФН, 1981, Г. 134, № 1, С. 45-91.

127. Акулин В.М., Дыхне А М. Динамика возбуждения многоуровневых систем зонного типа в лазерном поле//ЖЭТФ, 1977, Т. 73, № 6, С. 2098-2110.

128. Макаров А.А., Платоненко В.Т., Тяхт В.В. Взаимодействие квантовой системы "уровень-зона"//ЖЭТФ, 1977, Т. 73, № 6, С. 2098-2110.

129. Гордиец Б.Ф., Осипов А.И., Шелепин Л.А. Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры. М.: Наука, 1980.

130. Осипов А. И. Вращательная релаксация в газах// ИФЖ, 1985, Т. XLIX, № 1, С. 154-170.

131. Папуловский В.Ф. Насыщение в молекулярных системах// Оптика и спектроскопия, 1974, Т 37, №2, С. 246-249.

132. Летохов B.C., Макаров А.А. Кинетика возбуждения колебаний молекул инфракрасным лазерным излучением//ЖЭ ГФ, 1972, Г. 63, Вып. 6, № 12, С. 2064-2076.

133. Герцберг Г. Колебательные и вращательные спектры многоатомных молекул. М.: ИЛ, 1949.

134. Пеннер С.С. Количественная молекулярная спектроскопия и излучательная способность газов. М.: ИЛ, 1963.1. Литература 343

135. Лазерное зондирование тропосферы и подстилающей поверхности/ Под ред. Самохвалова И.В., Копытина 10 Д., Ипполитова И.И. и др. Новосибирск: Наука, 1987.

136. Сверхчувствительная лазерная спектроскопия/ Под ред. Д. Клайджера. М.: Мир, 1986.

137. Bullitt M.K., Bakshi P.M., Picard R.H., Sharma R.D. Numerical and analytical study of high-resolution limb spectral radiance from nonequilibrium atmospheres// JQSRT, 1985, V. 34, № 1, P. 3355.

138. Wintersteiner P.P., Picard R.H., Sharma R.D., Winick J.R. and Joseph R.A. Line-by-line radiative excitation model for the non -equilibrium atmosphere: Application to C02 15-цт emission// J. Geophys Res., 1992, V.97,№D16,P. 18083-18117.

139. Flannery C., Mizugai Y, Steinfeld J.I., Spencer M.N. Rotational relaxation contributions to infrared broadening in ozone//J. Chem. Phys., 1990, V. 92(8), P. 5164-5165.

140. Джиджоев M.C., Попов В.К., Платоненко В.Т., Чугунов А.В. Поглощение молекул озона в интенсивном поле инжекционного TEA СОг-лазера// Квантовая электроника, 1984, Т. 11, № 7, С. 1357-1363.

141. Иванов С.В., Панченко В Я., Чугупов А.В. Воздействие сильных лазерных ИК-полей на трехатомпые молекулы.// Изв. АН СССР, сер. физ, 1986, Т. 50, № 4, С. 695-701.

142. Джиджоев М.С, Иванов С.В., Панченко В.Я., Чугунов А.В. Поглощение мощного ИК-излучения в озоне// Квантовая электроника, 1986, Т. 13, № 4, С. 740-750.

143. Avizonis P.V., Butts R., Hogge В. Atmospheric 10.6 -цт absorption coefficient: dynamics// Appl. Opt., 1975, V. 14, №8, P. 1911-1916.

144. Douglas-Hamilton D.H. Transmission at >.=10.6-цт wavelength through the upper atmosphere// Appl. Opt., 1978, V. 17, № 15, P. 2316-2320.

145. Smith H J.P., Dube D J., Gardner M.E., Clough S.A., Kneizys F.X., Rothman L.S. FASCODE -Fast Atmospheric Transmission Code. Report AFGL- TR- 78-0081, Air Force Geophysics Laboratory, Hanscom AFB, Ma 01731 (1978) (NTIS ADA 057506).

146. Kneizys F.X., Shettle E.P, Abreu L.W., Chetwynd J.H., Anderson G.P., Gallery W.O., Selby J.E A., Clough S.A. User's guide on LOWTRAN-7. Report AFGL-TR-88-0177, Air Force Geophysics Laboratory, Hanscom AFB, Ma 01731 (1988) (NTIS ADA 206773).

147. Berk A, Bernstein L S, Robertson D.C. MODTRAN: a moderate resolution model for LOWTRAN-7. Report AFGL-TR-89-0122, Air Force Geophysics Laboratory, Hanscom AFB, Ma 01731 (1989) (NTIS ADA 214337).

148. Войцеховская O.K., Розина A.B., Трифонова H.H. Информационная система по спектроскопии высокого разрешения. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1988.

149. Молчанов Ю.С., Старик A M. Кинетика колебательного энерюобмена в продуктах сгорания углеводородов в воздухе и в закиси азота при расширении в сверхзвуковых соплах. Технический отчет ЦИАМ№ 10160, 1984, 65 с.

150. Британ А Б., Старик A.M. Исследование колебательно-неравновесного течения в клиновидном сопле в смеси CO2-N2-O2-H2O// ПМТФ, 1980, № 4, С.41-50.

151. Taylor RL., Bitterman S Survay of vibrational relaxation data for processes important in the CO2-N2 laser system// Reviews of Modern Physics, 1969, V. 41, № 1, P.26-47.

152. Матвеев B.C. Приближенное представление коэффициента поглощения и эквивалентных ширин линий с фойгтовским контуром//Жури, прикл. спектр., 1972, Т.16, Вып.2, С. 228.

153. Measures R.M. Laser Remote Sensing, New York, etc., Wiley, 1984.

154. Мицель А.А., Пономарев Ю.Н. Оптические модели молекулярной атмосферы. Новосибирск: Наука, 1988.

155. Thibault F., Menoux V., LeDoucen R., et al // Appl. Opt., 1997, V. 36, P. 563.

156. Anderson G., Clough S, Kneizys F., Chetwynd J., Shettle E. Report AFGL-TR-86-0110, Environmental Research Paper № 954, Air Force Geophysics Laboratory, 1986.

157. Ораевский АН, Процеико И.Е. Взрывное поглощение// Труды ФИАН, 1988, Т. 187, С. 144-177.

158. Шмелев В.М., Захаров В.И., Нестеренко А.И. Эффект взрывного поглощения излучения С02 лазера в атмосфере// Оптика атмосферы, 1989, Т. 2, № 6, С. 597-604.

159. Bergman R С., Rich J.W. Overtone band lasing at 2,7-3,1 цт in electrically excited CO// Appl. Phys Lett., 1977, V. 31, P. 597-599.

160. Iomn A.A., Kotkov A A., Kurnosov A.K, Napartovich A.P., Seleznev L.V., Turkin N.G. Parametric study of first-overtone CO laser with suppressed fundamental band lasing: experiment and theory// Opt. Comm , 1998, V 155, P. 197-205.

161. Iomn A.A., Kotkov A.A., Kurnosov A.K., Napartovich A.P., Seleznev L.V., Turkin N.G. Pulsed first-overtone CO laser: effective source of IR radiation in spectral range of 2.5-4.0 цт// Opt. Comm., 1999, V. 160, P. 255-260.

162. Basov N., Hager G., Ionin A., Kotkov A., Kurnosov A., McCord J., Napartovich A., Seleznev L., Turkin N. Pulsed first-overtone CO laser with output efficiency higher than 10%// Opt. Comm., 1999, V. 171, P. 107-112.

163. Basov N.G., Hager G D., Ionin A.A., Kotkov A.A., Kurnosov A.K., McCord J.E., Napartovich A.P., Seleznev L.V., Turkin N.G. Frequency tunable single-line Pulsed first-overtone carbon monoxide laser// Opt. Comm., 2000, V. 180, P. 285-300.

164. Ionin A.A., Kotkov A A., Kurnosov A.K, Napartovich A.P., Seleznev L.V., Turkin N.G. Alternation of vibrational band intensities in multiline pulsed first-overtone CO laser spectrum// Opt. Comm., 2000, V.178, P. 377-381.1. Литература 347

165. Basov N.G., Hager G.D., Ionin A.A., Kotkov A.A., Kurnosov A.K., McCord J.E., Napartovich

166. A.P., Seleznev L.V., Turkin N.G. Efficient pulsed first-overtone CO laser operating within the spectral range of 2.5-4.2 цт// IEEE J. Quantum Electronics, 2000, V. 36, P. 810-823.

167. Великанов С.Д., Елутин A.C., Кудряшов E.A., Пегоев И.Н., Синьков С.Н., Фролов Ю.Н. Применение DF-лазера для анализа углеводородов в атмосфере// Квантовая электроника, 1997, Т. 24, №3, С. 279-282.

168. Красников В.В., Пшеничников М.С., Разумихина Т.Б., Соломатин B.C., Холодных А.И. Трассовый газоанализ атмосферы с помощью лазерного ИК- спектрометра трехмикронного диапазона с разрешением 0,1 см"1// Оптика атмосферы, 1990, Т. 3, № 4, С. 436-443.

169. Ivanov S.V., Novoderezhkin V.I., Panchenko V.Ya., Solomatin V.S., Kholodnykh A.I. Laser Infrared Spectrometer for Atmosphere Gas Analysis and Medicine// Opt. Eng., 1994, V. 33, № 10, P. 3202-3205.

170. Гордиец Б.Ф., Осипов А.И., Шелепин JI.А. Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры. М.: Наука, 1980.

171. Ионин А.А., Синицын Д.В. Поглощение излучения импульсных электроионизационпых СО и СОг лазеров в атмосферных парах воды. Препринт ФИАН, 2000, № 13,17 с.

172. Белых А.Д., Гурашвили В.А., Кочетов И.В., Курносов А.К., Напартович А.П., Путилин

173. B.М., Туркин Н.Г. Импульсный СО-лазер на первом колебательном обертоне// Квантовая электроника, 1995, Т. 22, № 4, С. 333-340.

174. Guelachvili G., Villeneuve D., Farrenq R., Urban W., Verges J. Dunham coefficients for seven isotopic species of CO// J. Molec. Spectrosc., 1983, V. 98, P. 64-79.

175. Курс метеорологии (физика атмосферы)/ Под ред. П.Н. Тверского. Л.: Гидрометеоиздат, 1951.1. Литература 3483 40. Физические величины Справочник под ред. И.С. Григорьева, И.С. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991.

176. Кузнецов M.H. Исследование вклада крыльев линий Н20 в континуальное поглощение водяным паром в ИК-диапазоне// Изв. АН СССР, Сер. ФАО, 1987, Т.23, № 11, С. 1211-1220.

177. Rice D.K. СО-laser line selection for high atmospheric transmission// Appl. Opt., 1974, V. 13, № 12, P.2812-2815.

178. Басов Н.Г., Казакевич B.C., Ковш И.Б., Лыткин А.П. Спектр излучения импульсного электроионизационного СО- лазера с внутрирезонаторной водяной ячейкой// Квантовая электроника, 1983, Т. 10, №6, С. 1121-1126.

179. Sengupta U.K , Das Р К., Rao K.N. Infrared laser spectra of HF and DF// J. Molec Spectrosc., 1979, V. 74, P. 322-326

180. De Bievre P., Gallet M., Holden N.E., Barnes I.L. Isotopic Abundances and Atomic Weights of the Elements//J. Phys Chem. Ref. Data, 1984, V. 13, P. 809-891.

181. Ivanov S.V., Bu/ykin O.G., Rusyanov D.A. Atmospheric transmission control with infrared lasers// Proc. SPIE, 1999, V. 3688, P. 501-507.1. Литература 349

182. 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. Moscow, 2000,31 p (Preprint № 12/ P.N Lebedev Physics Institute).

183. Buzykin O.G., Ionin A.A, Ivanov S.V., Kotkov A.A., Seleznev L.V., Shustov A.V. Propagation of overtone CO laser radiation through the atmosphere// Proc. Int. Conf. LASERS 2000,4-8 Dec 2000, Albuquerque, NM, USA, STS Press, McLean, VA, USA (2001).

184. Бузыкин О Г., Ионин А.А., Иванов С.В., Козлов А Ю., Котков А.А., Селезнев JI.B., Шустов А.В. Резонансное поглощение излучения обертонного СО лазера в газообразных средах// Материалы Научной сессии МИФИ-2001, Т. 4, С. 45.

185. Несмелова Л.И, Гворогов С.Д, Фомин В.В. Спектроскопия крыльев линий Новосибирск: Наука, 1977.

186. Clough S.A., Kneizys F.X., Davies R., Gamache R., Tipping R. Theoretical line shape for H20 vapor; application to the continuum// In: Atmospheric Water Vapor. Ed. by A.Deepak, T.D. Wilkerson, Ruhnke L H. Academic Press, New York, 1980, P. 25-46.

187. Clough S A, Knei/ys F.X., Davies R.W. Line shape and the water vapor continuum// Atmospheric research, 1989, V. 23, P. 229-241.

188. Творогов С.Д. Проблема периферии контура спектральных линий в атмосферной оптике// Оптика атмосферы и океана, 1995, Т. 8, № 1-2, С. 18-30.

189. Арефьев В.Н., Дианов-Клоков В.И. Ослабление излучения 10,6 мкм водяным паром и роль димеров (П20)2// Оптика и спектроскопия, 1977, Т. 42, № 5, С. 849-855.

190. Дианов-Клоков В.И., Иванов В.М. О роли механизмов ослабления излучения в окне 8-13 мкм при разных метеороло! ических условиях// Изв. АН СССР, Сер. ФАО, 1981, Т. 17, № 6, С. 587-593.

191. Демчук 10 С, Мирумянц С.О., Винокуров C.J1. О природе просветления паров воды в области спектра 8-12 мкм под влиянием лазерного излучения СОг// Оптика и спектроскопия, 1992, Т. 72, № 1,С. 93-97.

192. Golovko V.F. Dispersion formula and continuous absorption of water vapor// JQSRT, 2000, V. 65, P. 621-644.

193. Golovko V.F. Continuous absorption of water vapor and a problem of the absorption enhancement in the humid atmosphere//JQSRT, 2001, V. 69, P. 431-446.

194. Carlon H.R. Do clusters contribute to the infrared absorption spectrum of water vapor// Infrared Phys, 1979, V. 19, № 3, P. 549-557.

195. Suck S.H., Kassner J.L, Thurman R.E., Yue P.S., Anderson R.A. Theoretical prediction of ion clusters relevant to the atmosphere: size and mobility// J. Atm. Sci., 1981, V. 38, № 6, P. 1272-1278

196. Дианов- Клоков В И., Иванов В.М О возможной роли аэрозоля в ослаблении излучения 10,6 мкм слабозамутнепной атмосферой// Изв. АН СССР, ФАО, 1978, Т. 14, № 3, С. 328-330.

197. Щелканов Н.Н. Влияние аэрозоля на оценку температурной зависимости континуума водяного пара в области 8-12 мкм// Оптика атмосферы и океана, 1996, Т. 9, № 7, С. 895-900.

198. Thomas М.Е. Empirical water vapor continuum models for infrared propagation// Proc. SPIE, 1995, V. 2471, P. 66-76.

199. Пеннер C.C. Количественная молекулярная спектроскопия и излучательная способность газов. М.: ИЛ, 1963.

200. Лосев С.А. Газодинамические лазеры. М.: Наука, 1977.

201. Бузыкин О.Г., Иванов C.B. Частичная инверсия в малых молекулах: новые возможности для спектроскопической диагностики газов// Оптика и спектроскопия, 2000, Т. 88, № 5, С. 772781.

202. Benedict W.S., Pollack М.А., Tomlinson III W.J. The water-vapor laser// IEEE J. Quantum Electron , 1969, V. QE-5, № 2, P. 108-124.1. Литература 351

203. Burch DE. and Alt RL Continuum absorption in the 700-1200 cm"1 and 2400-2800 cm"1 windows Rep. AFGL-TR-84-0128 (U.S. Air Force Geophys. Laboratory, Hanscom Air Force Base, Mass.), 1984.

204. Buzykin O.G., Iomn 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, V. 18, P. 697-713.

205. Доля 3.E., Назарова Н.Б., Парамонов Г.К., Савва В.А. Локализация населенности на отдельных колебательных уровнях молекулы, возбуждаемой ультракороткими ИК лазерными импульсами// Оптика и спектроскопия, 1988, Т. 65, № 6, С. 1242-1247.

206. Парамонов Г.К. Селективное возбуждение колебательных уровней молекул импульсами С02- лазера фемтосекундной длительности// Оптика и спектроскопия, 1991, Т. 70, № 2, С. 446452.

207. Быков АД., Синица Л.Н., Стариков В.И. Экспериментальные и теоретические методы в спектроскопии молекул водяного пара. Новосибирск: Издательство Сибирского отделения Российской академии наук, 1999.

208. Cormier J.G., Ciuiylo R, Drummond J.R. Cavity ringdown spectroscopy measurements of the infrared water vapor continuum// J. Chem. Phys., 2002, V. 116, № 3, P. 1030-1034.

209. Camy-Peyret C., Flaud J.-M. Line position and intensities in the v2 band of H2160// Mol. Phys , 1976, V. 32, № 2, P.523-537.

210. Preston R.K , Pack R.T. Mechanism and rates of rotational relaxation of C02(001) in He and Ar// J. Chem. Phys , 1978, V. 69, № 6, P. 2823-2832.

211. Su/ukava H.H., 1974, Ph.D. thesis, University of California, Irvine.

212. Гальцев А.П., Цуканов В.В. Исследование контура спектральных линий численным методом// Оптика и спектроскопия, 1977, Т. 42, № 6, С. 1063-1069.

213. Pattengill M.D. A comparison of classical trajectory and exact quantal cross sections for rotationally inelastic Ar-N2 collisions// Chem. Phys Lett., 1975, V. 36, № 1, P. 25-28.

214. Pattengill M.D. Comparison of planar trajectory and classical centrifugal decoupling cross sections for rotationally inelastic Ar HCl collisions//! Chem. Phys., 1978, V. 68, № 7, P. 3315-3316.

215. Heicklen J. Atmospheric Chemistry. New York: Academic Press, 1976.

216. Fitz D.E. and Brumer P. Geometric effects on complex formation in collinear atom-diatom collisions// J. Chem. Phys., 1979, V. 70, № 12, P. 5527-5533.

217. Vande Linde SR. and Hase W.L. Dynamics of ion-molecule recombination IV. Li++ (СНз)20 Assotiation//Сотр. Phys. Comm., 1988, V. 51, P. 17-34.417. ter Horst M.A. and Jameson C.J // J. Chem. Phys., 1996, V. 105, № 16, P. 6787-6806.1. Литература 353

218. Parker G A., Snow R.L. and Pack R.T. Intermolecular potential surfaces from electron gas methods I. Angle and distance dependence of the He-CCb and Ar-CCb interactions// J. Chem Phys , 1976, V 64, №4, P. 1668-1678

219. Lokshtanov S.E, Ivanov S.V, Vigasin A.A. Statistical physics partitioning and classical trajectory analysis of the phase space in ССЬ-Аг weakly interacting pairs// J. Molec. Structure, 2005, V. 742, P. 31-36.

220. BerrebyL. and Dayan E. Mean square torque from linear molecule-rare gas atom systems at intermediate pressures Dispersive and repulsive contributions// Molec. Phys., 1983, V. 48, № 3, P, 581-592.

221. Gordiets B.F., Stepanovich A.N., Chaikina Yu.A., Osipov A.I.The non-equilibrium rotational distribution of an emitted gas// Chem. Phys. Lett., 1983, V. 102, № 2, P. 189-191.

222. Gordon R.G. Theory of the width and shift of molecular spectral lines in gases// J. Chem. Phys., 1966, V. 44, №8, P. 3083-3089.

223. Thibault F., Cahl В., Buldyreva J., Chrysos M., Hartmann J.-M., Bouanich J -P. Experimental and theoretical СОг-Аг pressure-broadening cross sections and their temperature dependence// Phys. Chem. Chem. Phys., 2001, V. 3, P. 3924-3933.

224. Buldyreva J., Chrysos M. Semiclassical modelling of infrared pressure-broadened linewidths: a comparative analysis in СОг-Аг at various temperatures// J. Chem. Phys., 2001, V. 115, № 16, P. 7436-7441.

225. Roche C.F., Dickinson AS., Ernesti A., Hutson J.M. Line shape, transport and relaxation properties from intermolecular potential energy surfaces: The test case of ССЬ-Аг// J. Chem. Phys., 1997, V. 107, №6, P. 1824-1834.1. Литература 354

226. Buldyreva J., Bonamy J., Robert D. Semiclassical calculations with exact trajectory for N2 rovibrational Raman linewidths at temperatures below 300 K//JQSRT, 1999, V. 62, P. 321-343.

227. Shafer R. and Gordon R G Quantum scattering theory of rotational relaxation and spectral line shapes in H2-He gas mixtures//J. Chem. Phys., 1973, V. 58, P. 5422-5433.

228. Ivanov S.V , Nguyen L, Buldyreva J. Comparative analysis of purely classical and semiclassical approaches to collision line broadening of polyatomic molecules: I. С2Н2-АГ case// J. Molec. Spectrosc., 2005, V. 233, P. 60-67.

229. Nguyen L, Ivanov S V., Buzykin O.G., Buldyreva J. Comparative analysis of purely classical and semiclassical approaches to collision line broadening of polyatomic molecules: II. C2H2-He case// J. Molec. Spectrosc. (submitted).

230. Boissoles J., Thibault F., Le Doucen R., Menoux V., Boulet CM J. Chem. Phys., 1994, V. 101, P. 6552.

231. Thibault F., Calil В., Boissoles J., LunayJ.M. Experimental and theoretical C02-He pressure broadening cross section// Phys. Chem. Chem. Phys, 2000, V. 2, P. 5404-5410.1. Литература 355

232. Heijmen T.G.A. et al. Rotational state-to-state rate constants and pressure broadening coefficients for He-C2H2 collisions: Theory and experiment// J. Chem. Phys., 1999, V. 111, № 6, P. 2519-2531.

233. Podolske J.R., Loewenstein M. and Varanasi P.//J. Mol. Spectrosc., 1964, V. 107, P. 241.

234. Bouanich J.-P., Boulet C., Blanquet G., Walrand J. and Lambot D.// JQSRT, 1991, V. 46, P. 317. 4 53. Varanasi P.// JQSRT, 1992, V. 47, P. 263.

235. Moszynski R., Wormer P.E.S., van der Avoird A. Ab initio potential energy surface and near-infrared spectrum of the He-C2H2 complex// J. Chem. Phys , 1995, V. 102, P. 8385-8397.

236. Blanquet G., Walrand J. and Bouanich J.P.// J. Mol Spectrosc., 2001, V. 210, P. 1.

237. Domenech J.L, Thibault F., Bermejo D., and Bouanich J.-P. Ar-Broadening of isotropic Raman lines in the v2 band of acetylene // J. Mol Spectrosc., 2004, V. 225, P. 48-54.

238. Gal'tsev A.P., Kuznetsov M.N. Theoretical modeling of spectral line interference// Tenth All-Union Symposium and School on High-Resolution Molecular spectroscopy, Leonid N. Sinitsa, Editor, Proc. SPIE, V. 1811, P. 286-290,1992.

239. Гальцев А П., Цуканов B.B. Расчет формы колебательно-вращательных полос поглощения углекислого 1аза методами статистическою моделирования// Оптика и спектроскопия, 1979, Т. 46, №3, С. 467-473.

240. Гальцев А.П., Цуканов В.В. Методы статистического моделирования в теории уширения спектральных линий// Молекулярная спектроскопия, Вып. 5, С. 10-43. Л.: изд.-во Ленинградского университета, 1981.

241. Саттаров X., 'Гонков М.В. Исследование ИК поглощения в крыле колебательно-вращательной полосы V3 С02// Оптика и спектроскопия, 1983, Т. 54, № 6, С. 944-946.

242. Ленинградского университета, 1981.

243. Anderson G., Clough S., Kneizys F., Chetwynd J., Shettle E., 1988, AFGL Atmospheric Constituent Profiles (0-120 km). Air Force Geophysics Laboratory, AFGL-TR-86-0110, Environmental Research Paper № 954.

244. Brown R.C., Miake-Lye R C., Anderson M.R., Kolb C.E., Resch T.J. Aerosol dynamics in near-field aircraft plumes//J. Geophys. Res , 1996, V. 101, № D17, P. 22939-22953.

245. Calo J.M. Dimer formation in supersonic water vapor molecular beams// J. Chem. Phys , 1975, V. 62, №12, P. 4904-4910.

246. Dyke T.R., Mack K.M., Muenter J.S. The structure of water dimer from molecular beam electric resonance spectroscopy// J. Chem. Phys , 1977, V. 66, № 2, P. 498-510.

247. Epifanov S.Yu., Vigasin A.A. Subdivision of phase space for anisotropically interacting water molecules//Molec. Phys , 1997, V. 90, № 1, P. 101-106.

248. HerzbergG. Infrared and Raman Spectra of Polyatomic Molecules. New York, 1945.

249. Liebe H J. MPM an atmospheric millimeter-wave propagation model// Int. J. of Infrared and Millimeter Waves, 1989, V. 10, №6, P. 631-650.

250. Monchick L., Mason E.L. Transport properties of polar gases// J. Chem. Phys., 1961, V. 35, № 5, P. 1676-1697.1. Литература 357

251. Rothman L S , Gamache R R., Tipping R. et al. The HITRAN molecular database: editions of 1991 and 1992//JQSRT, 1992, V. 48, P. 469-507. Update HITRAN-96 version on CD-ROM.

252. Rosenkranz P.W. Interference coefficients for overlapping oxygen lines in air// JQSRT, 1988, V. 39, №4, P. 287-297.

253. Slanina Z. Theoretical studies of water clusters and consequences for gas-phase and liquid water//J. Molec. Struct., 1988, V. 177, P. 459-465.

254. Townes CH., Schawlow A.L. Microwave spectroscopy. McGraw-Hill, New York London -Toronto, 1955.

255. Vigasin A.A. Dimeric absorption in the atmosphere// In: Molecular complexes in earth's, planetary, cometary, and interstellar atmospheres. Ed. by A. Vigasin, Z. Slanina. World Scientific, 1998, P 60-99.

256. Burch D.E. and Gryvnak D.A. Continuum absorption by H20 vapor in the infrared and millimeter regions// In: Atmospheric Water Vapor, 1980, P. 47-76.

257. Katkov V.Yu. An empirical model for the excess absorption by atmospheric water vapor in the spectral region from 3 to 3000 GHz// Proc SPIE, 1994, V. 2250, P. 602-603.

258. Барабанов Г.В., Гальцев А.П., Титоренко B.H., Шустов А В. Летательные аппараты, использующие солнечную или СВЧ энергию//Техника воздушного флота, 1991, № 1, С. 22.

259. Shustov А V. Advanced Unmanned Vehicle for Atmosphere Monitoring// Presented at the First International Airborne Remote Sensing Conference and Exhibition, Strasbourg, France, 11-15 September, 1994.

260. Илларионов В.Ф., Шустов A.B., Иванов С В., Кучеров А.Н. Моделирование полета летательных аппаратов с дистанционным подводом энергии// Техника Воздушного Флота. Изд. ЦАГИ, 1997, Т. LXXI, № 1(624), С. 47 52.

261. Morris С.Е.К, Jr. Design Considerations For Remotely Piloted High- Altitude Airplanes Powered By Microwave Energy// NASA TM- 85730, 1984.

262. Van VleckJ.H. The A bsorption of Microwaves by Uncondensed Water Vapour.//Phys.Rev., 1947, V.71,№ 7, P.425.

263. Николаев А.Г., Перцов С.В. Радиотеплолокация (пассивная радиолокация). М.: Сов. радио, 1964.

264. Николаев А Г., Перцов С.В. Радиотеплолокация. М.: Воепиздат, 1970.1. Литература 358

265. Janssen М A. Atmospheric Remote Sensing by Microwave Radiometry. Wiley, 1993. 5 28. Кузьмин А.Д, Саломанович A.E. Радиоастрономические методы измерения параметров антенн. М/ Сов. Радио, 1964.

266. Лебский Ю В., Наумов А П , Плечков В М., Сизьмина Л.К., Троицкий А.В., Шташок A.M. Радиометр для наземных исследований атмосферы в 5- мм области спектра// Изв. ВУЗов, Радиофизика, 1976, Т 19, № 1, С 25-32.

267. Наумов А.II., Плечков В М. К определению интегрального влагосодержания атмосферы над океаном радиометрическим методом// Изв. АН СССР, сер. ФАО, 1971, Т. 7, № 3, С. 352354

268. Гурвич А.С., Ершов А.Т., Наумов А.П., Плечков В.М. Исследование влагосодержания атмосферы методом наземной радиотеплолокации// Метеорология и гидрология, 1972, № 5, С 22-27.

269. Гурвич А.С., Наумов А.П. О принципиальных возможностях исследования влагосодержания атмосферы по тепловому радиоизлучению в субмиллиметровом диапазоне длин волн// Изв. АН СССР, Сер. ФАО, 1972, Т. 8, № 5, С. 543-546.

270. Борин ВП, Наумов АН. К методике дистанционного определения влагосодержания облачной атмосферы// Изв АН СССР, сер. ФАО, 1978, Т. 14, № 8, С. 894-897.

271. Ершов А.Т., Наумов А.П. К вопросу о восстановлении высотных профилей температуры по наземным наблюдениям атмосферного радиоизлучения в области Х~5 мм// Изв. ВУЗов, Радиофизика, Т. 17,1974, № 11, С. 1610-1625.

272. Ершов А.Т., Лебский Ю.В., Наумов А.П., Плечков В.М. Определение высотного профиля температуры из наземных измерений атмосферного излучения в области Х=5 мм// Изв. АН СССР, сер. ФАО, 1975, Т. 11, №12, С. 1220-1229.

273. Алешин В.И., Наумов А.П., Плечков В.М., Сумин М.И., Троицкий А.В. Определение высотного профиля температуры по наземным радиометрическим измерениям атмосферного излучения// Изв. ВУЗов, Радиофизика, 1977, Т. 20, № 2, С. 198-211.

274. Наумов А.П., Плечков В.М., Борин В П., Зиничева М.Б., Порфирьев В.А., Фокин В.Н. О возможностях индикации радиофизическим методом аммиачного загрязнения атмосферы// Изв. ВУЗов, Радиофизика, 1980, Г. 23, № 5, С.632-635.1. Литература 359

275. Башаринов A.E, Тучков JI Т., Ананов Н.П., Поляков В.М. Измерение радиотепловых и плазменных излучений в СВЧ диапазоне. М.: Сов. радио, 1968.

276. Жевакин С.А., Троицкий B.C. Поглощение сантиметровых волн в слоистой атмосфере. Радиотехника и электроника, 1959, Т. 4, № 1.

277. Зуев В Е., Землянов А А., Копытин Ю Д , Кузиковский А.В. Мощное лазерное излучение в атмосферном аэрозоле. Новосибирск. Наука, 1984.

278. Карлов Н.В.// Справочник по лазерам/ Под ред. A.M. Прохорова, Т. 18. М.: Сов. радио, 1978.1. Литература к Главе VI

279. Meyer P.L., Sigrist M.W. Atmospheric pollution monitoring using CO2 laser photoacoustic spectroscopy and other techniques// Review of Scientific Instruments, 1990, V. 61(7), P. 1779-1807.

280. Ivanov S.V., Novoderezhkin V.I., Panchenko V.Ya., Solomatin V.S., Kholodnykh A.I. Laser Infrared Spectrometer for Atmosphere Gas Analysis and Medicine// Opt. Eng., 1994, V. 33. № 10, P. 3202-3205.

281. Макушкин Ю.С, Мицель A.A., Хмельницкий Г.С. Лазерная абсорбционная диагностика атмосферных газов//Журн прикл. спектр., 1981, Т. 35, № 5, С. 785-790.

282. Frans S.D., Harris J.M. Selection of analytical wavelengths for multicomponent spectrophotometric determinations//Anal. Chem., 1985, V. 57, P. 2680-2684.

283. Bergmann G., von Oepen В., Zinn P.// Anal. Chem., 1987, V. 59, P. 2522.1. Литература 360

284. Kaiser Н // Fresemus' Z. Anal Chem , 1972, V. 260, P. 252.

285. Anderson G., Clough S., Kneizys F., Chetwynd J. and Shettle E. AFGL Atmospheric Constituent Profiles (0-120 km), Air Force Geophysics Laboratory, AFGL-TR-86-0110, Environmental Research Paper № 954 (1986).

286. Thibault F., Menoux V., LeDoucen R. et al. Infrared collision-induced absorption by 02 near 6.4|im for atmospheric applications: measurements and empirical modeling// Appl. Opt, 1997, V. 36(3), P. 563-567.

287. 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. Preprint № 12, P.N. Lebedev Physics Institute, Moscow, 31 p. (2000).

288. Виттеман В. С02-лазер. M.: Мир, 1990.

289. Beck R, English W., Giirs K. Table of Laser Lines in Gases and Vapours. 3-d revised and enlarged edition. Springer-Verlag, Berlin- Heidelberg- New York, 1980.

290. Clough S.A., Kneizys F.X., Davies R.W. Line shape and the water vapor continuum// Atmospheric research, 1989, V. 23, P. 229-241.

291. Межсрис P M. Лазерное дистанционное зондирование. M.: Мир, 1987.

292. Бутиков Ю.Л. Косицын В. Е, Табарин В. Л. Лазерные абсорбционные методы анализа микроконцентраций газов. М : Энергоатомиздат, 1984.

293. Chugunov А. V., Kholodnykh A.I., Krasnikov V.V. et. al.// Technical Digests of the 4-th Internal. Conf. on Laser Applicat. in Life Sciences. Finland. September, 1992, P. 150.

294. Красников В В, Пшеничников М.С., Разумихина Т.Б., Соломатин B.C., Холодных А.И. Трассовый газоапализ атмосферы с помощью лазерного ИК- спектрометра трехмикронного диапазона с разрешением 0,1 см"1// Оптика атмосферы, 1990, Т. 3, № 4, С. 436-443.

295. Rothman L S. AFGL line parameters compilation: 1980 version// Appl.Opt., 1981, V. 20, P. 791795.

296. Кароль И. JI., Розанов В. В., Тимофеев Ю.М. Газовые примеси в атмосфере. JI.: Гидрометеоиздат, 1983.

297. Chugunov A.V., Kholodnykh A I, Krasnikov V.V. et al. Multi-function laser gas analyzer// Laser Study of Macroscopic Biosystems, J.E I. Korppi-Tommola, Ed // Proc. SPIE, 1993, V. 1922, P. 406-409.

298. Lacome M., Levy A., Guelachvili G. Fourier-transform measurement of self-, N2-and 02 -broadening of N20 lines: temperature dependence of linewidths// Appl. Opt., 1984, V. 23, P. 425-435.

299. Toth R.A Self-broadened and N2 broadened Linewidths of N20// J. Molec. Spectrosc., 1971, V. 40, №3, P. 605-615.

300. Hanisko T.F., Wennberg P.O., Cohen R.C. et al. The role of HOx in super- and subsonic aircraft exhaust plumes// Geophys. Res. Lett., 1997, V. 24, № 1, P. 65-68.

301. Tremmel H.G., Schlager H., Konopka P. et al. Observations and model calculations of jet aircraft exhaust products at cruise altitude and inferred initial OH emissions// J. Geophys. Res., 1998, V. 103, №D9, P. 10803-10816.1. Литература 364

302. Турчин В.Ф., Козлов B.I I., Малкевич M.C. Использование методов математической статистики для решения некорректных задач// УФН, 1970, Т. 102, Вып.З, С. 345-386.