Введение к работе
Актуальность темы. Научный и практический интерес к методам лазерного зондирования-атмосферы обусловлен тем, что они имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными контактными, методами; например, дистанционность, оперативность, высокая чувствительность.
Наибольшее распространение при решении задач определения параметров и.газовото состава атмосферы в настоящее время получил метод дифференциального поглощения, основанный на облучении импульсным лазерным излучением среды на двух частотах, одна из которых попадает в центр линии поглощения исследуемого газа, а другая - в соседнее мйкроокно прозрачности атмосферы.
В обіцем случае, при решении задачи определения параметров атмосферы методом дифференциального поглощения, обратная задача лазерного зондирования не является полностью определенной ;и должна быть дополнена априорной информацией (например, о спектральном ходе коэффициента поглощения), что Неизбежно вносит неконтролируемую погрешность в результаты измерений. В частности, такая проблема- возникает при решении задач определения параметров атмосферы в связи с необходимостью разделения- коэффициентов обратного рассеяния различных компонент атмосферы, /а также при зондировании,аэрозолен приразделении коэффициентов; обратного рассеяния и ослабления аэрозоля. ; ^Предварительные исследования, проведенные авторами в работе- (II йбказаліі:, что такие задачи могут быть решены, в частности. ;при выходе-за рамки законов линейного взаимодействия ' излучения.-с веществом,::.
Целью данной работы является теоретическое обоснова
ние и численное исследование.методов лазерного зондирова
ния, основанных на взаимодействии мощного лазерного из
лучения с атмосферой.' :,'*":.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- изучение общих характеристик взаимодействия мощного Лазерного -излучения с газовой средой:
- построение моделей и проведение расчетов по представляе
мым методам Для различных ситуаций;
- обоснование наиболее оптимальных условий реализации
методов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Впервые при исследовании процесса распространении мощных лазерных импульсов в молекулярных средах, в условиях некогерентного взаимодействия излучения со средой в качестве резонансного перехода использовалась колебательно-вращательная полоса.
-
Впервые дано теоретическое обоснование и проведено численное моделирование метода зондирования параметров атмосферы, основанного на -дифференциальной методике, использующего нелинейный спектроскопический эффект насыщения резонансного поглощения /.
3. Впервые проведен численный анализ рдночастотного
метода определения параметров газово-аэрозольнои'атмосфег
ры, основанного на применении нелинейного эффекта, насы
щения. . ....'. .; .,'.''-'
4. Впервые дано-теоретическое обоснование двухчастот-ного метода определения,параметров атмосферы,;основанного на применении эффекта; вынужденного комбинационного рассеяния.
На зашиту выносятся следующие научные положения.
1. Представляемые в-^работе методы, -основанные на
применении нелинейного спектроскопйческого';:эффекта на
сыщения резонансного поглощения-, возникающего при вза
имодействии мощных лазерных импульсов со .средой, позво
ляют определять оптические характеристики* аэрозольной ат
мосферы.
2. Применение эффекта вынужденного комбинационного
рассеяния на молекулах, основных газовых компонент при
определении параметров:, зтмосферы .методом- дифференци
ального поглощения обеспечивает; реальное увеличение -даль
ности зондирования. < .
-.' 3;' Показано; что в молекулярных:;средах, в, том .числе атмосфере, возникает распад мощных лазерных "импульсов на солитоны б условиях некогерентного взаимодействия при оптических толщинах среды г> 5.
Достоверность результатов подтверждается их совпадением с результатами экспериментальных и теоретических работ, имеющимися в научной литературе по исследуемым проблемам. Достоверность численных решений обусловлена корректностью постановки задачи, адекватностью и обоснованностью выбора физических моделей и математических алгоритмов решения.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
1. Изучены закономерности распространения мощных
лазерных импульсов в молекулярных средах на протяженных
трассах.
2. Результаты проведенных исследований могут быть ис
пользованы при разработке систем лазерного зондирования
оптических параметров атмосферы, основанных на взаимо
действии мощного лазерного излучения с молекулярными
средами.
-
Показана принципиальная возможность использования нелинейных эффектов при зондировании атмосферы традиционным методом дифференциального поглощения с целью расширения возможностей этого метода.
-
Выработаны рекомендации по применению нелинейных эффектов насыщения резонансного поглощения и вынужденного комбинационного рассеяния для целей зондирования атмосферы.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на X Симпозиуме по лазерному и акустическому зондированию атмосферы (Томск, 1992), П Симпозиуме по спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения (Москна. 1993), И Межреспубликанском Симпозиуме "Оптика атмосферы и океана" (Томск, 1995) и на Международной конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды" (Томск, 1995).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и
приложения. Работа изложена на стр. машинописного
текста; содержит 30 рисунков и 5 таблиц, список литературы пключаст li>2 наименования.
