Введение к работе
Актуальность темы. Проблема распространения излучения в неоднородных {дисперсних) средах - в аморфных веществах (керамика, стекла), в полидисперспнх системах аэрозолей (туманы, облака, смог) и гидрозолей (частину в океане, соли металлов, биообъекты) -привлекает все большее внимание как в связи с изучением подобных систем, так и исследованием влияния неодаородностой на распространение самого излучения (связь, оптическая отработка информации, дистанционное зондирование и обнаружение).
Особые перспективы анализа дисперсных систем связаны с появлением качественно нового направления оптической спектроскопии - исследования пространственно-временных флуктуации излучения путем измерения его корреляционных функций в реальном времени - лазерной корреляционной спектроскопия. Развитие этого направления, в т.ч. создание статистической теории оптических полей, метода счета фотонов, техники цифровой корреляционной обработки сигнала привели к принципиальному росту информативности оптических измерений.
Необходимо отметить, что статистический характер излучаемых систем (ансамбли частиц) позволяет извлекать информацию о ее параметрах преимущественно в виде эффективных средних. Возможности методов корреляционной спектроскопии, в настоящее время ограничиваются, практически, восстановлением средних или качествешгого вида функции распределения.Развитие исследований слокных, реальных,дисперсных систем ограничивается "интегральным" характером наблюдения и накопления сигнала и существованием проблемы обращения экспериментальных данных. Фактически, природа возникающей при этом некорректности заключается в недостаточной информативности эксперимента. .
Дальнейший прогресс в исследовании детальных параметров сложных дисперсных систем связан с созданием новых физических подходов, возводящих принципиально увеличить информативность эксперимента и реализацией тезиса о том,что детальная информация о системе содержится в полном наборе пространственно-временных корреляционных функций поля рассеяния.
Цель работа заключается в исследовании физических явлений в процессах взаимодействия света с дисперсными системами, соз-
даник физических методов и техники пространственно—временных корреляций рассеянного излучеїшя и разработке и выпуске, на этой осново, нового класса корреляционных лазерных спектрометров дисперсных систем. Работа выполнена в рамках совместных исследований ИТПМ АН ГК с ВНИИНМ им.А.А.Бочвара по изучению взаимодействия лазерного излучения с дисперсными средами и созданию, на этой осново, новой измерительной техники. Научная новизна и практическая значимость.
Предсказано явление коррелированных флуктуации интон-сивностей различных каналов излучения. На его основе развит корреляционный подход к проблемо разложения сложного спектра.
Предложен, теоретически обоснован и экспериментально реализован новый класс корреляционных эффектов, позволивший осуществить переход от амплитудных к амплитудно-временным и врошшшм корреляционным измерениям в лазерной спектроскопии аэрозоля, создать новое поколение ЛСА. В частности, создан метод статастики временных интервалов наблюдения частиц в лазерных спектрометрах аэрозолей для корреляционного определения размеров частиц.
Предложены и экспериментально реализованы способы эффективного увеличения информативности измерений ансамбля частиц путем регистрации корреляционных функций различных порядков, в том числе, при нолокении внешних силовых полей.
Выдвинута идея, проведено теоретическое обоснование и экспериментально зарегистрировано явление эха в сигнале динамической радуги от ансамбля частиц.Предложен механизм формирования эха, связанный с нелинейным характером сигнала динамической радуг*!.
Экспериментально зарегистрирован эффект самовозбуждения колебаний формы жидких частиц в поле лазерного излучения. Для выделения и резонансного усиления комбинационного рассеяния на автоколебаниях формы частиц использовано явление радуги.
Разработаны принципы и основные конструктивные решения нового класса корреляционных лазерных спектрометров аэрозоля типа ЛАРИСА на основе методов пространственнс-ь^еменных-корреляций рассеянного излучения..
Выпущена опнтаая ' партия автоматизированных лазерных
спектрометров аэрозоля типа ЛАРИСА-01. Разработан полный комплект конструкторской документации. Начат мелкосерийный выпуск
- і -
спектрометров.
- Создана математическая модель и методика оценки пре
дельных концентрация аэрозоля, распространяющегося без искаже
ний в пневматических трактах ЛСА. На этой основе разработана
методика поверки и метрологической аттестации ЛСА типа ЛЛРКСА.
- Явление коррелированных флуктуации различных (спект
ральних) каналов излучения может служить основой принципиально
нового метода разделения спектров сложніи многокомпонентных
смесей. При этом решается вопрос об информациошгол
достаточности экспериментальных данных.
Апробация работа.
Положения и результаты опубликованы в более чем 50 печатных работах, 4-х авторских свидетельствах,докладывались и обсуждались на Конференции по когерентной и нелинейной оптике(Ереван, 1984), на Международном симпозиуме по оптоэлектронике (Канші, Франция, 1937), IX Международной конференции по лазерной спектроскопии (МТИ, США, 1939), Европейской аэрозольной конференции (Цюрих, Швейцария, 1990), Международной конференции 0р*іка-88(Будапеі[іт,19а8), Вавиловской конференции (Новосибирск, 1990), Международном симпозиуме по распространению лазерного излучения в атмосфере (Томск, 1990), Всесоюзных конференциях по физика аародисперсішх систем (Одесса, J.98T, 1989) и т.д., а также на ряде семинаров в ИАЭ им.Курчатова, МИФИ, ІМХФИ им.Карпова (Москва), ИАиЭ СО АН СССР (Новосибирск), ОГУ (Одесса), Римский Университет,Институт физики АН ВНР(Будапешт), Университет г.Ницца (Франция), Яельский университет (США). Зачищаемые положения .
В работе создано новое научное направление: метод и экспериментальная техника пространственнс-врементат корреляций сложных сигналов в лазерной спектроскопии дисперсных систем, и на его основе решена крупная практическая задача: разработан новый класс корреляционных лазерных анализаторов аэрозоля типа ЛАРИСА,выпущена опытная партия и налажен мелкосорийний випуск приборов.
Защищаемые положения:
- Предсказано явление коррелированных флуктуации иитеи-
сивностой различных (спектральных) каналов излучения. На его
основе развит корреляционный подход к проблеме разложения ело»-
к - '
його спектра, который может служить основой принципиально нового метода разложения сложных спектров многокомпонентных систем.
- Предложен, теоретически обоснован и експериментально
реализован новий класс корреляционных эффектов, позволивший
осуществить переход от амплитудных к амшгатудпо-временным и
временным корреляциошшм измерениям в лазерной спектроскопии
аэрозоля, в частности, создан корреляционный метод статистики
временных интервалов для определения размеров частиц.
- Предложены и экспериментально реализованы способы эффективного увеличения информативности измерений ансамбля частиц путем регистрации корреляционных функций различных типов и порядков, в том числе при налокешш внешних полой.
Выдвинута идея, проведено теоретическое обоснование и экспериментально зарегистрировано явление эха в сигнале динамической радуги от ансамбля частиц.
Экспериментально зарегистрирован эффект самовозбуждения колебаний формы жидких частиц в поле лазерного излучения.' Для выделения и резонансного усиления комбинационного рассеяния на автоколебаниях формы частиц использовано явление динамической радуги.
Разработаны принципы и основные конструктивные решения нового класса корреляционных и кросс-корреляционных, лазерных спектрометров аэрозоля типа ЛАРИСА, освоен выпуск и подготовлена конструкторская и метрологическая документация.
Достоверность полученных экспериментальных результатов подтверждена сравнением с данными других исследователей, обос-новашшм выбором експериментальних методов измерений,разработкой и стандартизацией методик и метрологических характеристик созданных приборов и установок. Теоретические результаты подтверждены экспериментом и данными других исследователей.
Вклад автора. По теме диссертации опубликованы лично й в соавторстве болеэ 50 работ,получены 4 авторских свидетельства. Основное содержание работы докладывалось и обсукдалось на 44 Всесоюзных и 5 Международных конференциях.
Основные физические идеи и принципы, постановка задач, экспериментальные ыетоды и конструкция созданных устройств и приборов предложены и обоснованы автором. Экспериментальные результата, их интерпретация, постановка задач для численных
расчетов получены и проведет; при активном участии автора.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 6 глав, разделении:', на три части.
