Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 593189)
Консорциум Контекстум Информационная технология сбора цифрового контента
Уважаемые СТУДЕНТЫ и СОТРУДНИКИ ВУЗов, использующие нашу ЭБС. Рекомендуем использовать новую версию сайта.
Оптика атмосферы и океана

Оптика атмосферы и океана №8 2006

0   0
Страниц71
ID202521
АннотацияЖурнал посвящен проблемам атмосферной оптики, включая спектроскопию, турбулентность, нелинейные явления в атмосфере и океане. Кроме того, к основным направлениям журнала относятся дистанционное зондирование атмосферы и подстилающей поверхности с космических, наземных, судовых и самолетных станций; исследования, связанные с климатом и экологией, а также созданием, испытанием и применением приборов и методов для таких исследований, включая обработку получаемой информации (обратные задачи, передача изображений, адаптивная оптика, лазеры, лидары.
Оптика атмосферы и океана : Научный журнал .— Новосибирск : Издательство Сибирского отделения Российской академии наук .— 2006 .— №8 .— 71 с. — URL: https://rucont.ru/efd/202521 (дата обращения: 14.08.2022)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

Новгород Институт оптики атмосферы СО РАН, г. Томск 2 Поступила в редакцию 14.04.2006 г. Установлено, что в отсутствие эффекта самофокусировки коэффициент индуцированного поглощения фемтосекундных импульсов излучения Ti:Sa-лазера в атмосферном воздухе и водяном паре увеличивается прямо пропорционально энергии лазерных импульсов E. <...> Для гауссовых пучков радиусом 2,5 мм коэффициент индуцированного поглощения в воздухе при атмосферном давлении изменяется со скоростью dk/dE = (2,48 ± 0,45) 107 см1 мДж1 (длительность импульса 190 фс), а в водяном паре при давлении 13 мбар со скоростью dk/dE = (1,54 ± 0,20) 108 см1 мДж1 (длительность импульса 120 фс). <...> Измеренный коэффициент поглощения фемтосекундных импульсов в воздухе при энергии E 0 (коэффициент линейного поглощения) хорошо согласуется со значением коэффициента поглощения излучения водяным паром в атмосферном воздухе, полученным из расчета с использованием базы данных HITRAN. <...> Напуск газа К вакуумному насосу Ф ОА-детектор М2 М1 Концетратор У r0 = 2,5 мм МК-221 TDS-1012 Ti:Sa-лазер Распространение высокоинтенсивных фемтосекундных (ФС) импульсов в газах и атмосферном воздухе отличается от хорошо изученных случаев распространения лазерных импульсов наносекундной (НС) длительности. <...> Одним из наиболее ярких эффектов, обнаруженных и активно изучаемых в последние годы, является филаментация лазерного пучка при распространении ФС лазерных импульсов в атмосферном воздухе [1, 2]. <...> В [3] сообщается об обнаружении другого эффекта: зависящего от энергии лазерных импульсов поглощения ФС-излучения Ti:Sa-лазера атмосферным воздухом в отсутствие филамента. <...> В эксперименте [3] наблюдалось индуцированное поглощение импульсов излучения с длительностью 80 фс в атмосферном воздухе, нелинейно возрастающее с увеличением энергии и значительно превышающее поглощение импульсов излучения НС-длительности (9 нс) со сравнимыми спектральными характеристиками. <...> Форма электрических сигналов, генерируемых в результате <...>
Оптика_атмосферы_и_океана_№8_2006.pdf
«Îïòèêà атмосферы и îêåàíà», 19, ¹ 8 (2006) Предисловие редактора В тематическом выпуске журнала представлены некоторые результаты по научной программе Школы «Оптическая спектроскопия молекул и радиационные процессы в атмосфере», полученные при исполнении лота ÐÈ-112/001/020. Содержание большей части статей связано со спектроскопией атмосферных газов. И среди них стоит отметить экспериментальные работы (первые три статьи). Теоретические исследования имеют характер, вполне традиционный для этой области. Некоторые прикладные аспекты, возникающие в связи с задачами атмосферной спектроскопии, есть в последних трех работах. ×ë.-êîð. РАН Ñ.Ä. Творогов Предисловие редактора 677
Стр.1
«Îïòèêà атмосферы и îêåàíà», 19, ¹ 8 (2006) УДК 551.521;621.378 À.Ì. Êèñåëåâ1, Þ.Í. Ïîíîìàðåâ2, À.Í. Ñòåïàíîâ1, À.Á. Òèõîìèðîâ2, Á.À. Тихомиров2 Поглощение фемтосекундного излучения Ti:Sa-лазера атмосферным воздухом и водяным паром 1 Институт прикладной физики РАН, г. Н. Новгород 2 Институт оптики атмосферы СО РАН, г. Томск Поступила в редакцию 14.04.2006 ã. Установлено, что в отсутствие эффекта самофокусировки коэффициент индуцированного поглощения фемтосекундных импульсов излучения Ti:Sa-лазера в атмосферном воздухе и водяном паре увеличивается прямо пропорционально энергии лазерных импульсов E. Для гауссовых пучков радиусом 2,5 мм коэффициент индуцированного поглощения в воздухе при атмосферном давлении изменяется со скоростью dk/dE = (2,48 ± 0,45) ⋅ 10–7 ñì–1 ⋅ ìÄæ–1 (длительность импульса 190 ôñ), а в водяном паре при давлении 13 мбар со скоростью dk/dE = (1,54 ± 0,20) ⋅10–8 ñì–1 ⋅ ìÄæ–1 (длительность импульса 120 ôñ). Измеренный коэффициент поглощения фемтосекундных импульсов в воздухе при энергии E ≈ 0 (коэффициент линейного поглощения) хорошо согласуется со значением коэффициента поглощения излучения водяным паром в атмосферном воздухе, полученным из расчета с использованием базы данных HITRAN. Введение Распространение высокоинтенсивных фемтосекундных (ФС) импульсов в газах и атмосферном воздухе отличается от хорошо изученных случаев распространения лазерных импульсов наносекундной (НС) длительности. Одним из наиболее ярких эффектов, обнаруженных и активно изучаемых в последние годы, является филаментация лазерного пучка при распространении ФС лазерных импульсов в атмосферном воздухе [1, 2]. В [3] сообщается об обнаружении другого эффекта: зависящего от энергии лазерных импульсов поглощения ФС-излучения Ti:Sa-лазера атмосферным воздухом в отсутствие филамента. В эксперименте [3] наблюдалось индуцированное поглощение импульсов излучения с длительностью 80 фс в атмосферном воздухе, нелинейно возрастающее с увеличением энергии и значительно превышающее поглощение импульсов излучения НС-длительности (9 нс) со сравнимыми спектральными характеристиками. Количественные данные о коэффициентах индуцированного поглощения ФС-излучения атмосферным воздухом и его молекулярными составляющими представляют большой интерес для оценок ослабления ФС-излучения в атмосфере. Такие данные в литературе отсутствуют. Целью настоящей работы являются измерения коэффициентов поглощения ФС-излучения с длиной волны λ0 = 800 нм атмосферным воздухом и водяным паром при энергиях лазерного импульса, меньших энергии филаментации. 678 ОА-спектрометр на основе Ti:Sa-ëàçåðà Измерения проводились с использованием оптико-акустического (ОА) метода лазерной спектроскопии. Схема ОА-спектрометра, созданного на основе лазерного комплекса [4], представлена на ðèñ. 1. Напуск газа Ì1 Ì2 ÌÊ-221 У TDS-1012 Ф ОА-детектор Концетратор К вакуумному насосу r0 = 2,5 мм Рис. 1. Схема ОА-спектрометра: М1 – плоское зеркало, M2 – сферическое зеркало с F = 86,5 ñì; Ф – аэрозольный фильтр; У – широкополосный усилитель с коэффициентом 1000; ÌÊ-221 – полудюймовый микрофон Ti:Sa-лазер позволяет получать импульсы излучения ФС- или НС-длительности. При отсутствии инжекции ФС-импульсов от задающего генератора в схему регенеративного усилителя лазерная система генерирует импульсы длительностью τ = 9 нс. Киселев À.Ì., Пономарев Þ.Í., Степанов À.Í. и äð. Ti:Sa-ëàçåð
Стр.2
Инжекция отдельных ФС-импульсов от задающего генератора синхронно с накачкой регенеративного и выходных усилителей позволяет получать мощные ФС-импульсы света с частотой повторения 10 Гц (подробнее см. [4]). Для исключения эффекта самофокусировки в настоящих экспериментах с воздухом энергия ФС-импульсов не превышала 5 мДж. Длительность ФС-импульсов на полувысоте (FWHM) τ составляла 190 фс. Радиусы гауссовых пучков излучения на выходе из лазерной системы в обоих случаях одинаковы и равны примерно 5 мм. В настоящей работе спектр излучения НС-импульсов, регистрируемый с помощью монохроматора и ПЗСлинейки с разрешением 0,04 нм, хорошо аппроксимировался функцией Гаусса со значением длины волны в максимуме λ0 = 791 нм и шириной на полувысоте ∆λ = 23,4 íì. Для ФС-импульсов λ0 равна 800 íì, ∆λ – 17,7 íì. Энергия импульсов излучения изменялась поляризационным аттенюатором и измерялась с помощью калиброванного фотодиода. Излучение лазера заводилось в ячейку ОАдетектора с помощью двух диэлектрических зеркал. Первое зеркало было плоским, второе имело фокусное расстояние F, равное 86,5 см. Цилиндрическая ÎÀ-ÿ÷åéêà длиной 25 см и диаметром 20 ñì, c окнами из MgF2 толщиной 2 ìì, размещалась таким образом, что фокус сферического зеркала находился за ячейкой, а радиус лазерного пучка r0 в плоскости измерительного микрофона МК-221 составлял 2,5 мм. Форма электрических сигналов, генерируемых в результате поглощения импульсов излучения воздухом и регистрируемых на выходе широкополосного усилителя с помощью осциллографа TDS-1012, представлена на ðèñ. 2. U, В 0,06 A 0,00 –0,06 0 200 400 600 t, мкс Рис. 2. Осциллограмма сигнала ОА-детектора В ОА-ячейке установлен «концентратор» [5], состоящий из двух параболических рефлекторов и служащий для увеличения чувствительности детектора. Первый импульс А с амплитудой Uпр (см. рис. 2) соответствует воздействию на микрофон импульса давления, приходящему непосредственно из освещенной излучением области. Импульс С с амплитудой Uотр соответствует импульсу давления, сфокусированному на микрофон с помощью «концентратора» (подробнее см. [5]). В зависимоUпр Uотр С сти от величины поглощения измеряются либо амплитуда прямого сигнала Uпр, либо амплитуда сфокусированного сигнала Uотр. На рис. 3 представлена корреляция между Uотр и Uпр. Из рис. 3 видно, что переход в измерениях от Uпр к Uотр позволяет увеличить чувствительность ОА-спектрометра примерно в 6 раз. Uîòð, B 1 2 3 4 5 0 0,2 H2O в воздухе λ0 = 694,38 нм y = A + Bx A = (0,8 ± 4,5) ⋅ 10–3 B = 6,10 ± 0,01 R2 = 0,999 0,4 0,6 0,8 Uïð, В Рис. 3. Корреляция между амплитудами Uпр и Uотр В настоящей работе при калибровке ОАдетектора и измерениях коэффициентов неизвестного поглощения излучения Ti:Sa-лазера водяным паром и воздухом регистрировалась амплитуда Uотр. Формулы для амплитуды ОА-сигнала при поглощении НС- и ФС-импульсов излучения. Калибровка ОА-детектора В случае линейного поглощения амплитуда сигнала ОА-детектора Uотр связана с коэффициентом поглощения излучения в газе k, энергией лазерного импульса E и амплитудой импульса сжатия сигнала давления pmax соотношениями [6, 7]: pmax ≈ Ua max, Vçâ îòð== ε 2 p 0 kE K p 2 πÑTr r 3/2 1/2 kE, (1) (2) где a и ε – чувствительность ОА-детектора и чувствительность микрофона соответственно; K – коэффициент связи между амплитудами Uотр и Uпр; T – температура газа; Cp – удельная теплоемкость газа при постоянном давлении; Vзв – скорость звука в газе; r0 – радиус лазерного пучка в точке измерения; r – расстояние от центра лазерного пучка до микрофона. Выражение (2) справедливо для случая «большого» размера гауссова пучка, когда форма сигнала давления не зависит от времени тепловыделения [7]. В формуле (1) для немонохроматического излучения величина k определяется из уравнения [6]: kk k gν ν − ν)dν, лл (3) i =ν =∑ ∫ () ∆ν Поглощение фемтосекундного излучения Ti:Sa-лазера атмосферным воздухом и водяным паром 679 i( ) (
Стр.3

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически