автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Мобильный двухчастотный NH#33#1 - CO#32#1 лидар для мониторинга атмосферы в диапазоне 9 - 13,5 мкм

На правах рукописи УДК 621 391 6

Нгуен Тху Кам

МОБИЛЬНЫЙ ДВУХЧАСТОТНЫЙ №13 - С02 ЛИДАР ДЛЯ МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРЫ В ДИАПАЗОНЕ 9-13,5 МКМ

Специальность 05 11 07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11111111111

ООЗ175211

Долгопрудный - 2007

Диссертация выполнена на кафедре «Общая физика» ГОУ ВПО «Московский физико-технический институт » (государственный университет)

Научный руководитель доктор физико-математических наук,

профессор Васильев Борис Иванович

Официальные оппоненты доктор технических наук

Бужинский Олег Игоревич, ТРИНИТИ

кандидат технических наук Куценко Андрей Варфоломеевич, ФИАН

Ведущая организация- Центральная аэрологическая обсерватория

ГОСГИДРОМЕТ, г Долгопрудный

Защита диссертации состоится «7» ноября 2007 г в 14.00 часов на заседании диссертационного Совета Д 212141 19 при Московском государственном техническом университете им НЭ Баумана по адресу 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д 5, МГТУим НЭ Баумана

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им НЭ Баумана

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью организации, просим направлять по адресу 105005, Москва, 2-я Бауманская ул, д 5, МГТУ им Н Э Баумана, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.141 19

Автореферат разослан « » б&Ябр^ 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, дтн

Е.В Бурый

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В последнее время, как в России, так и за ее пределами все больше внимания уделяется экологическим проблемам Одним из направлений этой деятельности является постоянная проверка состояния атмосферы Земли Основными причинами ухудшающими это состояние являются выбросы промышленными предприятиями в атмосферу вредных веществ, таких как фреоны (фтор-, хлор- углеводороды), разрушающие озоновый слой Земли, образующиеся в результате сжигания мусора диоксины (вещества, вредно действующие на здоровье человека) и ряд других веществ Оперативное обнаружение источников загрязнения атмосферы на обширной территории представляет собой сложную техническую задачу, которая может быть эффективно решена только с помощью мобильных устройств дистанционного контроля химического состава атмосферы Появление лазеров позволило создать такие устройства наземного, воздушного и космического базирования

Сразу же с момента создания лазеров начались исследования в области их применения для мониторинга атмосферы К настоящему времени известно большое число лазерных систем, так называемых лидаров, в основе действия которых лежат различные механизмы взаимодействия лазерного излучения с газовой средой Решать проблему мониторинга атмосферы наиболее эффективно позволяют лидары, основанные на принципе двухчастотной абсорбционной спектроскопии Метод двухчастотной абсорбционной спектроскопии предполагает измерение ослабления в атмосфере лазерного излучения с двумя длинами волн Одна из длин волн — перестраиваемая -должна совпадать с линией поглощения молекулы примеси (сигнальный луч) Излучение с другой неизменяемой длиной волны, отстроенной от линии поглощения молекул (опорный луч), позволяет учесть влияние рассеяния излучения в атмосфере Измеренное дифференциальное поглощение излучения несет информацию о концентрации контролируемой примеси в атмосфере Полученные с помощью компьютерной системы регистрации спектральные зависимости поглощения примеси сравниваются со «спектральными портретами» молекул, хранящимися в памяти компьютера, и таким образом определяется характер и концентрация примеси

Наиболее важным спектральным диапазоном для лазерного мониторинга атмосферы является средний инфракрасный диапазон поскольку в этом диапазоне лежит «окна прозрачности» 8-14 мкм а также в это диапазон попадают излучение и С02-лазера (9-11 мкм), и ЫН3 лазера (11-13,3 мкм), которые могут использоваться в качестве источника лазерного излучения лидаров

Таким образом, разработка мобильных (размещаемых в салоне грузопассажирского автомобиля) двухчастотных лидарных систем в широком спектральном диапазоне 9-13,5 мкм, в котором сосредоточены

спектры поглощения многих экологически вредных веществ, является весьма актуальной задачей

Цели и задачи работы.

Целью настоящей работы является разработка конструкции, расчет оптических элементов и создание основных узлов мобильного двухчастотного ЫН3-С02 лидара в спектральной области 9-13,5 мкм, размещаемого в салоне грузопассажирского автомобиля

Для достижения сформулированной цели ставятся следующие основные задачи

1 На основе С02 лазера и ИНз лазера создается эффективная и компактная конфигурация мобильного двухчастотного лидара

2 Создан импульсный высоковольтный источника для питания электроразрядного С02 лазера, питающегося от бортовой сети автомобиля

3 Исследование оптической схемы излучателя мобильного №13 - С02 лидара, обеспечивающей плавную и стабильную перестройку в спектральной области 9-13,5 мкм

4 Расчет приемной оптики, имеющей высокое разрешение и высокое качественное изображение

Научная новизна.

В диссертации впервые: 1. Разработана и опробована схема импульсного высоковольтного источника питания электроразрядного С02 лазера, питающегося от бортовой сети автомобиля 2 Предложена и исследована оптическая схема излучателя мобильного >1Нз-СС>2 лидара, перестраиваемого в спектральной области 9-13,5 мкм, в которой имеются только два подвижных элемента, осуществляющие перестройку измерительной частоты лазеров. Изменение частоты опорного излучения производится за счет введения клиновидной просветленной пластинки из ве Такая схема делает излучатель более надежным при работе в полевых условиях 3. Разработана и рассчитана трехканальная система приемного тракта, состоящая из приемного телескопа Кассегрена и трех фотоприемников, два из которых настроены на определенную длину волны, а третий работает во всем диапазоне 9-13,5 мкм Эта система позволяет упростить обработку полученных результатов во всем спектральном диапазоне работы лидара 4 Теоретически рассмотрены пути увеличения длительности N113 лазерного излучения лидара до ~ 1мс при возбуждении аммиака излучением непрерывного С02 лазера при подстройке линии поглощения >Ш3 под линию излучения С02 лазера с помощью эффекта Зеемана Показано, что для достижения этой цели необходимо магнитное поле индукцией ~ 1 Тл

Основные положение, выносимые на защиту.

1 Сочетание >Щ3 и С02 лазеров позволяет создать мобильный двухчастотный лидар для мониторинга атмосферы в спектральном диапазоне 9-13,5 мкм, размещенный на автомобильном шасси, причем все энергопотребляющие компоненты лидара питаются от бортовой электросети автомобиля

2 Специально разработанные электрические схемы высоковольтного импульсного источника питания С02 лазера, подключенного к бортовой сети автомобиля, обеспечивают энергетический запас в конденсаторной батарее до 500 Дж при напряжении до 100 кВ и частоте повторения импульсов до 0,1 Гц, что позволяет получить лазерное излучение с энергией в импульсе до 15 Дж

3. Предложенная оптическая схема излучателя лидара с минимальным количеством подвижных резонаторных элементов, изменяющих частоту генерации лазеров, обеспечивает более надежную работу комплекса

4 Разработанная трехканальная оптическая схема приемного тракта позволяет упростить процесс получения и обработки результатов мобильным двухчастотным ТЧН3-С02 лидаром

Практическая ценность.

Практическая значимость результатов работы состоит в том, что в ней доказано, что сочетание импульсного электроразрядного С02 лазера и N113 лазера с оптической накачкой излучением С02 лазера позволяет создать мобильный двухчастотный лидарный комплекс в спектральном диапазоне 913,5 мкм, который может размещаться в салоне грузопассажирского автомобиля

Достоверность результатов определяется тем, что все они получены при использовании современных методов проведения экспериментов и теоретических расчетов спектрального анализа, импульсной осциллографии, математического анализа, компьютерных методик и др

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на следующих международных и всероссийских конференциях

1 ХЫХ научная конференция МФТИ, 24-25 ноября 2006 года,

2 ХЬШ всероссийская конференция по проблемам математики, информатики, физики и химии университета Дружбы народов им Патриса Лумумбы, 23-27 апреля 2007 года

Публикации.

По результатам исследований опубликовано 2 печатные работы, список публикаций приведен в конце автореферата

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводы, литературы и

приложения Объем диссертации 149 страниц текста, включает 60 рисунков, 7 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи, научная новизна, практическое значение и также даны основные положение, выдвигаемые на защиту

Во первой главе приведен обзорный характер и состоит из трех раздела В разделе 1 1 рассмотрены процессы, протекающие при взаимодействии лазерного излучения с веществом и основы метода дистанционного зондирования В разделе 12 анализируется лидарное уравнение для рассеяния и определения концентрации поглощающей микрокомпоненты В разделе 13 изложены принцип работы лидаров дифференциального поглощения и рассеяния и также их применения

Во второй главе приведены особенности построения основных компонентов мобильного двухчастотного МН3-С02 лидара Эта глава состоит из шести разделов В разделе 2 1 приведены состав и принцип работы лидара

Передающая Лазер Оптическая система

Спектро- |—-—| анализатор '—т—'

сЬ-

фотодетекгор

Излучение возвратившееся

от объекта зондирования

Блок обработки сигнала

Система отображения Полученной информации

Блок контроля параметров Выходного лазерного излучения

Рис 1 Состав и принцип действия мобильного двухчастотного лидара

Как правило, основными элементами мобильного двухчастотного лидара (рис 1) являются источник двухчастотного лазерного излучения с оптической системой формирования выходного пучка, приемная оптика со спектроанализатором и фотодетекгорами, система управления и обработки информации, система наведения устройства на исследуемый объект

Лазерный пучок определенного спектрального состава направляется на объект исследования В результате резонансного поглощения лазерного

излучения молекулами исследуемого вещества спектральный состав излучения меняется. Эти изменения регистрируются приемным устройством, и с помощью компьютерных технологий путем сопоставления полученных результатов со "спектральными портретами" молекул, хранящимися в памяти компьютера, определяется состав и концентрации обнаруженных веществ.

Рис. 2. Спектрально-временная форма импульса ТЕА-С02

Рис. 3. Спектр излучения С02 лазера

В разделе 2.2 на основе сочетания С02 и МНз лазеров создан излучатель мобильного двухчастотного лидара. В нашей работе использовался импульсный ТЕА СОг—лазер с источником ультрафиолетовой предионизации, который располагался под сетчатым катодом. Активной средой этого лазера являлась смесь углекислого газа, азота и гелия в соотношении 1:1:8 при давлении 0,8 атм. Максимальная энергия излучения лазера достигала 15 Дж. Перестройка частоты генерации осуществлялась дифракционной решеткой (100 штрих/ мм и угол между нормалью к решетке и нормалью к плоскости штриха 30°). Поперечное сечение пучка составляло »20 см2. На рис. 2 и рис. 3 приведены его временные и спектральные характеристики

Поскольку лидара построен на автомобильном шасси поэтому для питания ТЕА-С02 лазера необходимо разработать источники питания, питающиеся от внутренней аккумуляторной батареи. Такой источник состоит из двух частей - генератора импульсов напряжения (ГИН) и источника постоянного напряжения (ИПН). На рис. 4 показана схема генератора импульсов напряжения (ГИН), жирными линиями обозначены малоиндуктивные соединения, выполненные в виде металлических шин, обеспечивающих длительность разряда в С02 кювете ~ 5 мкс.

Для питания ГИНа необходимо ИПН напряжением до 50 кВ. Обычная трансформаторная схема ИПН с питанием от сети 220 В и преобразователем 12/220 представляется неудачной, поскольку она как правило обладает значительной массой, большими размерами и низким КПД. В разработанном нами ИПН в качестве повышающего трансформатора используются две катушки зажигания (КЗ) от автомобиля ВАЗ-2108, включенные навстречу друг другу (рис. 5). Коммутатором катушек является транзистор КТ 8231 А1,

управляемый генератором импульсов на базе микросхемы КР1006 ВИ1. Как показали наши эксперименты, оптимальная частота управляющего генератора = 200Гц. Для увеличения мощности ИПН выходной каскад задублирован. В ИПН регулировка и стабилизация выходного напряжения осуществляется с помощью схемы сравнения части выходного напряжения с определенным изменяемым напряжением на основе микросхемы МАХ 903. Питание ИПН осуществляется внутренним необслуживаемым свинцовым аккумулятором 12 В типа СА1270 (12 В, 7 Ач) фирмы Chee yuen industrial со., ltd.

Ю 10к

Рис. 4. Принципиальная схема генератора импульсов напряжения (ГИН).

Рис. 5. Принципиальная схема источника постоянного напряжения

Рис. 6. Форма импульса генерации ЫН3

I 4 - 1.2- ----г------- ---{ ---- ---- ---- ------------

1,00.9-ОЛ- 0.7 ------ -- ____ - - ■ —

0.50.4- — - - — - ------и

о.э-0,2 0 0- 1 - — - - - Нг

Рис.7. Спектр излучения 1ЧН3 лазера

В этом разделе также выполнено рассмотрение различных схем разработанного мощного МН3 лазера с резонансной оптической накачкой, присущих к настоящему времени в мире, на основе анализа их достоинства и недостатка выбрана подходящая схема для создания излучателя лидара. На рис. 6 приведена форма импульса генерации 1\'Н3 лазера при давлении 2,5 мм.рт.ст и энергии накачки 3,5 Дж а на рис. 7 показан его спектр излучения.

Для увеличения дальности действия лидара используется формирователь, являющийся обращенной телескопической системой или Кеплера, или Галилея. Использование формирователя позволяет при оптимальной атмосфере увеличить дальнодействие прибора до 8 км при энергиях излучателя ~ 1 Дж.

Рис. 8. Блок управления

В разделе 2.3 на основе рассмотрения различных оптических элементов создана приемная часть, состоящая из трех канала, два из которых используются для выделения опорных частот и третий канал для выделения остального излучения в диапазоне 9-13,5 мкм.

В разделе 2 4 описана система управления и обработки информации Функции этой системы следующие (рис. 8)

- управление режимом работы лидара,

- управление частотой зондирующего излучения лазеров излучателя,

- измерение энергии излучения в выходящем и принимаемом пучках,

- обработка результатов - получение спектральных характеристик атмосферы и определение наличия и концентрации примесей по имеющимся в памяти компьютера «спектральным портретам» молекул,

- управление системой наведения лидара на исследуемый объект

Основой системы наведения является персональный компьютер типа

IBM PC К системе регистрации относятся также три тары фотоприемников. Первые три измеряют пришедшее излучение на трех длинах волн (9,22мкм, 10,6 мкм, 9-13,5 мкм), вторая тройка служит для измерения ушедшего излучения на этих длинах волн Аналоговые сигналы с фотоприемников преобразуются АЦП в цифровой код, а затем обрабатываются компьютером

В разделе 2 5 описана система наведения устройства на исследуемый объект Эта система решает два задачи- обеспечение с одной стороны доставку лазерного излучения в нужную область пространства и создание условия для получения рассеянно-отраженного излучения фотоприемниками Управление работой этой системы осуществляется компьютером с помощью видеокамеры.

Рис 9 Газоваккумная система мобильного двухчастотного лидара

В разделе 2 7 описана газовакуумная система, использующаяся для обеспечения кювет лазеров необходимыми газами, а также для периодического профилактического обновления газового состава (рис 9)

Эта система должна осуществить откачку лазерных кювет до давления не выше 3.10"2 мм рт.ст., наполнить кюветы рабочими газами и обеспечить разрядники азотом под давлением до 2,5 атм. При ее создании нужно было решить вопрос о форвакуумном насосе - необходимо было совместить стандартный насос 2НВР-5Д с двигателем, питающимся от 12 В источника. Для этой цели мы использовали стартер от автомобиля ВАЗ-2109, у которого для увеличения срока службы подшипники скольжения были заменены подшипниками качения. В результате при работе системы откачки в течение 5 минут (откачка всей лидарной газовакуумной системы от давления 1атм. до давления 10~2 мм рт.ст.) форвакуумный насос потребил от аккумулятора 500 кДж электроэнергии.

В третьей главе выполнены расчет и проектирование приемной части ИНз-СОг лидара. Как показано на рис. 10 приемная часть состоит из объектива Кассегрена, трёх оптических каналов и фотоприёмников НцС<1Те. Поскольку каждый оптический канал эквивалентен оборачивающей системе поэтому задача расчета приемной части может разделиться на две независимые задачи:

- расчет телескопа без окуляра, состоящего из объектива Кассегрена, оборачивающей системы и конденсора

- расчет интерференционных фильтров

Рис. 10. Трёхканальная схема приемной оптики мобильного двухчастотного лидара

Для упрощения процесса вычисления в приемной части мы использовали три одинаковых оборачивающей системы с увеличением р = -1 тогда решение первой задачи распадется на четыре шага:

- расчет конструктивных параметров объектива Кассегрена и его аберрации;

- на основе остаточной аберрации объектива Кассегрена расчет

конструктивных параметров оборачивающей системы, величина аберрации которой компенсирует аберрацию объектива Кассегрена,

- расчет реальной аберрации и коррекция аберрации компонентов оборачивающей системы;

- расчет конструктивных параметров конденсора.

Решение второй задачи определяет конструктивные параметры интерференционных фильтров: диаметр, толщину, материал подложки, количество и материалы слоев покрытия.

РАСЧП ГН'ИШНОЙ ЛП (ЖИШЬИШШГО ШУХЧЛГГО1НШ П DH.WA В Ш1К1РАЛЬНОМ ЯМАПАЗШГ g-ts.b и>ш

РЕЗУЛЬТАТ

Оысст "¡¡nC ' ■jyi.?

1 уш [о0013^26 '

о3^ffbC04$83g 1|-аС(П5468

ar^gas '.¡-шавзг* 'Ц-сшззк»

gy^lfcaaiia ffiacroicgi

С 5ТЙЙ |fcC0326M -{100^755

OiOOre-iC jJCf^-t f-аССЗОЖ U052£V.'_'

... : oGE32C4_ 1-:

Гаосохоо ¡.».j

ftfeSiljDKeGGOG ~ НОЗЧЭЗЭ5 Ч'.Т

jj-аежээа fiivi™

с ж» ": Гагл05г?7 ipldsrajl

' so» 'icaOX'X^iiQOCffinOo'^lieiWSffiQ*

ВЫХОД

Рис. 11. Интерфейс программы для расчета приемной оптики лидара

Для расчета компонентов приемной части, например объективов Кассегрена, компонентов оборачивающей системы... можно использовать известные программы проектирования оптических систем как ОПАЛ, CODE V, OSLO, ZEMAX.. однако с целью упростить процесс вычисление и уменьшить время для проектирования мы создали специальную программу для расчета приемной оптики мобильного двухчастотного лидара. Эта программа написана на языке программирования - Visible basic и удобна для разработчика. Вводимые данные для объектива Кассегрена представляют собой: фокусное расстояние, угол зрения поля, коэффициент экранирования, расстояние от главного зеркал до фокуса и относительное отверстие.

Вводимые данные для компонентов оборачивающей системы представляют собой расстояние между ними, коэффициент преломления линз Вводимые данные для конденсора и интерференционных фильтров представляют собой диаметр чувствительной площади фотоприемников и коэффициент преломления конденсора и интерференционных фильтров Результат вычисления представляет собой все конструктивные параметры приемной оптики и значения аберрации ее компонентов Интерфейс программы приведен на рис 11.

!дв

2дв

Здв

4дв

1об ПЧ

2об

Зоб

4об

РТЛ

сн

ФН

1 + 2 I -12 I

-Г-

со2

"X

-Л".

Рис. 12 Принципиальная блок-схема мобильного двухчастотного лидара

В четвертой главе приведены параметры мобильного двухчастотного ТЫН3-С02 лидара На рис 12 показана электрическая блок-схема лидара, она состоит из семи главных компонентов

- персонального компьютера (РС)

- высоковольтного блока (ВВ) С02 лазера

- блока перестройки частот лазеров (ПЧ)

- системы наведения устройства на исследуемый объект (СН)

- форвакуумного насоса газовакуумной системы (ФН)

- фотоприемников

- видеокамеры

Все эти компоненты питаются от бортовой сети автомобиля. Кроме форвакуумного насоса газовакуумной системы, управление работой всех остальных компонентов осуществляется с помощью персонального компьютера. Связь между отдельными компонентами и компьютером осуществляется с помощью специально разработанной платы КГУЪ8, включающей в себя 8 каналов АЦП и 4 канала ЦАП, она также способна выводить 8 разрядное двоичное число, записанное по определенному адресу. Последнее обстоятельство было использовано для создания системы компьютерного управления двигателями как системы перестройки частоты генерации лазеров, так и двигателями для системы наведения лидарного комплекса на цель. Шесть АЦП были подключены к ИК фотоприемникам и служили для ввода информации об энергетических параметрах излучения на выходе и входе в лидарный комплекс.

А. | _Л1=1и,0 мк\

(9,22 мкм

лб Х> г Х2=9-10МИ

>-1=10,6 мкм

мкм)

мкм (10-11 мкм)

1ЧН3 кювета

к 11=9,22 мкм У (10.6 мкм) У л.з=11-13,5 мкм

М4

Рис. 13. Оптическая схема лазерного излучателя лилара X] - Опорные пучки (9,22 и 10,6 мкм); X?- измерительный пучок (9-и 10-11 мкм); Х3 - измерительный пучок (11-13,5 мкм)

10

Как правило, при создании лазерного излучателя лидара особое внимание необходимо уделять вопросу пространственного и временного совмещения двух разных по частоте лазерных пучков. На рис. 13 приведена оптическая схема излучателя МН3-С02 лидара. Излучатель лидара работает в трех режимах: 1) 9-10 мкм, опорное излучение -10,6 мкм, 2) 10-11 мкм, опорное излучение -9,22 мкм, 3) 11-13,5 мкм, опорное излучение -9,22 мкм.

В третьем режиме резонатор С02 лазера образован зеркалом М, и

решеткой О]. Решетка в! ТЕА-С02 лазера неподвижна и постоянно настроена на линию 911(30) (X = 9,22 мкм). При отсутствии полупрозрачного зеркала М2 и клиновидной пластинки К лидар работает с измерительной частотой, меняющийся в диапазоне 11-13,5 мкм, и опорной частотой, являющейся неиспользуемой частью излучения накачки (9,22 мкм). Поскольку ИНз лазер преобразует ~ 50% от входящей в кювету с аммиаком энергии С02 лазера, то остальная часть излучения накачки используется в качестве опорного излучения лидара. Перестройка частот в диапазоне 11— 13,5 мкм осуществляется вращением зеркала М5.

Переключение режима работы лидара с режима 3 в режим 1 или 2 осуществляется путем введения полупрозрачного зеркала М2. В этом случае в качестве полупрозрачного зеркала резонатора С02 лазера используется аналог интерферометра Майкельсона, состоящий из двух дифракционных решеток б, и 02 и полупрозрачной пластины М2, причем О] настроена на длину волны 9,22 мкм, а перестройка частот в диапазоне 9-11 мкм осуществляется вращением дифракционной решетки 02. Для перехода опорного излучения с частоты 9,22 мкм на частоту 10,6 мкм (переключение режима 2 на режим 1) используется клиновидная пластинка К.

Рис. 14. Спектр излучения мобильного двухчастотного лидара

В качестве полупрозрачного зеркала М2 используется плоскопараллельная пластинка толщиной 1 мм, а в качестве пластинки К используется оптический клин с углом при вершине 44'12". Материалом для изготовления обеих пластинок является германий.

Спектр излучения мобильного двухчастотного лидара состоит из спектра генерации ТЕА-С02 лазера, покрывающего диапазон 9-11 мкм, и спектра генерации ЫН3 лазера, перекрывающего диапазон 11-13,5 мкм. На рис. 14 показан полный спектр зондирующей части излучения мобильного

двухчастотного лидара. Поскольку излучатель лидара организован по схеме рис. 13 (в качестве выходного зеркала используется аналог интерферометра Майкельсона), энергия двухчастотного излучения С02 лазера значительно уменьшилась и на максимальной линии 10Р(20) достигала 2,5 Дж.

В таблице 1. приведены основные технические характеристики мобильного двухчастотного ЫН3-С02 лидара а на рис. 15 показан его общий вид со снятым кожухом и без приемной части и компьютера.

Таблица 1

Основные технические характеристики ЫН3-С02 лидара

Характ,- 9-1'.мкм

Источник Частота первого опорного излучения Частота второго опорного излучения Частота зондирующего излучения Энергия излучения в импульсе накачки Энергия излучения в импульсе зондирования Длительность излучения импульса зондирования ТЕА-С02 лазер 1084,60 см"'9К.ЗО (9, 22 мкм) 943,40 см1 10Р20 (10,6 мкм) 920 см'1 -ь 1090 см"1 ~ 10 Дж -1 Дж 0,2...2 мкс

^ - ^ ~ '

Источник Частота излучения Энергия излучения в импульсе зондирования Длительность излучения импульса зондирования ЫН3 -N3 лазер 745 - 928 см"1 до 1,5 Дж 1...2 мкс

Характеристики приемо-передающей системы .

Диаметр приемного зеркала Фокусное расстояние Чувствительность ИК детектора: не хуже Спектральное разрешение 40 см 1 м 9*10'осм-Гц1/2/Вт не хуже 0,5 см"5

Общие характеристики лидара ■ -

Габариты прибора: Вес прибора: Потребляемая энергия от автомобильного аккумулятора (12 В) за цикл: Дальность зондирования (в зависимости от состояния атмосферы): 2x1,5x1 м не более 300 кГ не более 30 Вт.час =100 кДж км

В пятой главе выполнен расчет расщепления колебательно-вращательных линий полосы \2 молекулы ,4>Шз в сильном магнитном поле. Это полезно для ряда практических случаев когда нужны лидары, лазерные излучатели которых работают либо в непрерывном режиме, либо в режиме импульсов миллисекундной длительности. Как правило, при создании непрерывного ИНз лазера возникают проблемы, связанные со сдвигом максимума линии поглощения МНз относительно линии излучения С02 лазера. Компенсировать такой сдвиг можно, поместив кювету с аммиаком в сильное продольное магнитное поле, т.е. использовать продольный эффект Зеемана. Рассчитанное индуктивное значение магнитного поля примерно 1 Тл. Таким образом, использование продольного магнитного поля индукцией ~ 1Тл позволит компенсировать разность частот линии поглощения аммиака и линии излучения С02 лазера и получить непрерывную генерацию в спектральном диапазоне 11-13,5 мкм.

Рис. 15. Внешний видМН3 - С02 лидара (кожух и приемная часть сняты)

В ЗАКЛЮЧЕНИИ СФОРМУЛИРОВАНЫ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

РАБОТЫ

1. Доказано, что сочетание импульсного электроразрядного С02 лазера и >1Нз лазера с оптической накачкой излучением С02 лазера позволяет создать мобильный двухчастотный лидарный комплекс, который может размещаться на шасси грузо-легкового автомобиля.

2. Впервые разработана и опробована схема импульсного высоковольтного источника питания электроразрядного С02 лазера, питающегося от бортовой сети автомобиля.

3. Впервые предложена и исследована оптическая схема излучателя мобильного №1з - С02 лидара, перестраиваемого в спектральной области 9-13,5 мкм, в которой имеются только два подвижных элемента, осуществляющие перестройку измерительной частоты лазеров. Изменение частоты опорного излучения производится за счет введения клиновидной просветленной пластинки из ве. Такая схема делает излучатель более надежным в работе в полевых условиях.

4 Разработана и рассчитана трехканальная система приемного тракта, состоящая из приемного телескопа Кассегрена и трех фотоприемников, два из которых настроены на определенную длину волны (9,22 мкм и 10,6 мкм), а третий работает во всем диапазоне 9-13,5 мкм Эта система позволяет упростить обработку полученных результатов во всем спектральном диапазоне работы лидара

5 Разработана и изготовлена газовакуумная система, позволяющая откачать кюветы >Ш3 и С02 лазеров до давления 10"2 мм рт. ст и наполнять их активными газами до давления вплоть до 1 атм и питающаяся от аккумуляторной батареи автомобиля

6 Теоретически рассмотрены пути увеличения длительности Т"Щ3 лазерного излучения лидара до ~ 1мс при возбуждении аммиака излучением непрерывного С02 лазера при подстройке линии поглощения N113 под линию излучения С02 лазера с помощью эффекта Зеемана Показано, что для достижения этой цели необходимо магнитное поле индукцией ~ 1 Тл

ПУБЛИКАЦИЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Васильев Б И , Курдоглян М С, Нгуен Тху Кам Расчет расщепления колебательно-вращательных линий полосы у2 молекулы 14]\ТН3 в сильном магнитном поле // Труды 49 научной конференции МФТИ -М, 2006 -С 77-79

2 Васильев Б И, Маннун У М, Нгуен Тху Кам Двухчастотный лидар в спектральном диапазоне 9-13,5 мкм для дистанционного обнаружения выбросов вредных веществ в атмосферу // Наукоемкие технологии -2007 № 6 - С 16-25

3 Васильев Б И, Нгуен Тху Кам Особенности мобильного МН3-С02 лидара для дистанционного мониторинга атмосферы // Тезисы докладов ХЫИ всероссийской конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии Сер Химии - М, 2007 - С 53

4 Васильев Б И, Нгуен Тху Кам, Ситников Г Г Высоковольтный источник питания для лазерных комплексов на автомобильном шасси //Приборы и техника эксперимента -2007 №6 -С 43-48

Подписано в печать 07 10 2007 г Исполнено 09 10 2007 г Печать трафаретная

Заказ № 847 Тираж 100 экз

Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш , 36 (495) 975-78-56 www autoreferat ru

Введение.

Глава 1. Взаимодействие лазерного излучения с веществом и основы метода дистанционного зондирования. 1.1. Физические эффекты при взаимодействии лазерного излучения с ill I веществом.

1.2. Создание лидарного уравнения для рассеяния и определения концентрации поглощающей микрокомпоненты.

1.3. Принцип работы лидаров дифференциального поглощения и рассеяния. Их применения.

1.3.1. Принцип работы лидаров.

1.3.2. Применение лидаров.

Глава 2. Особенности построения основных компонентов мобильного двухчастотного NH3- СОг лидара.

2.1. Состав и блок - схема лидара.

2.2. Излучатель лидара.

2.2.1. С02 лазер.

2.2.2. NH3 лазер.

2.2.3. Формирователь двухчастотного оптического излучения.

2.3. Приемная часть.

2.3.1. Приёмный объектив.

2.3.2. Система спектроанализатора.

2.3.3. Фотоприемники.

2.4. Система управления и обработки информации.

2.5. Система наведения.

2.6. Система заполнения лазерных кювет рабочей смесью - азовакуумная система.

Глава 3. Расчет приемной оптики мобильного двухчастотного NH3- СО лидара.

3.1. Расчет объектива Кассегрена.

3.2. Расчет оборачивающей системы.

3.3. Расчет конструкции конденсора.

3.4. Расчет интерференционных фильтров.

3.5. Программа для расчета приёмной оптики.

Глава 4. Параметры мобильного двухчастотного NH3 - С02 лидара.

4.1. Электрическая блок-схема мобильного двухчастотного NH3 - СО2 лидара.

4.2. Оптическая схема излучателя NH3 - СО2 лидара.

4.3. Спектрально — временные параметры излучения лидара.

4.4. Технические характеристики лидара.

Глава 5. Расчет сдвига частоты в аммиаке за счет эффекта Зеемана

Выводы.

JI итерату р ы.

Приложен ие.

Математическое обеспечение для расчета приемной оптики.

и

В последнее время, как в России, так и за ее пределами все больше внимания уделяется экологическим проблемам. Одним из направлений этой деятельности является постоянная проверка состояния атмосферы Земли. Основными причинами- ухудшающими это состояние являются выбросы промышленными предприятиями в атмосферу вредных веществ, таких как фреоны (фтор—, хлор- углеводороды), разрушающие озоновый слой Земли, образующиеся в результате сжигания мусора диоксины (вещества, вредно действующие на здоровье человека) и ряд других веществ. Оперативное обнаружение источников загрязнения атмосферы на обширной территории представляет собой сложную техническую задачу, которая может быть эффективно решена только с помощью мобильных устройств дистанционного контроля химического состава атмосферы. Появление лазеров позволило создать такие устройства наземного, воздушного и космического базирования [1].

Сразу же с момента создания лазеров начались исследования в области их применения для мониторинга атмосферы [2]. К настоящему времени известно большое число лазерных систем, так называемых лидаров, в основе действия которых лежат различные механизмы взаимодействия лазерного излучения с газовой средой [3]. Решать проблему мониторинга атмосферы наиболее эффективно позволяют лидары, основанные на принципе двухчастотной абсорбционной спектроскопии- [2, 3, 4]. Метод двухчастотной абсорбционной спектроскопии предполагает измерение ослабления в атмосфере лазерного излучения с двумя длинами волн. Одна из длин волн -перестраиваемая - должна совпадать с линией поглощения молекулы примеси (сигнальный луч). Излучение с другой неизменяемой длиной волны, отстроенной от линии поглощения молекул (опорный луч), позволяет учесть влияние рассеяния излучения в атмосфере. Измеренное дифференциальное поглощение излучения несет информацию о концентрации контролируемой примеси в атмосфере. Полученные с помощью компьютерной системы регистрации спектральные зависимости поглощения примеси сравниваются со «спектральными портретами» молекул, хранящимися в памяти компьютера, и таким образом определяется характер и концентрация примеси.

Наиболее важным спектральным диапазоном для лазерного* мониторинга атмосферы является ближний и средний инфракрасный диапазон (1 — 20 мкм), в котором лежат частоты собственных колебаний практически всех многоатомных молекул. Для того чтобы содержащиеся в атмосфере водяные пары и углекислый газ не оказывали существенного влияния на процесс распространения лазерного излучения, его длина волны должна лежать в одном из "окон прозрачности" атмосферы. В инфракрасном диапазоне спектра «окна прозрачности» находятся в интервалах длин волн < 2,5 мкм, 3 — 5 мкм и 8 - 14 мкм [2]. В последнее "окно прозрачности" атмосферы попадает излучение и СОг-лазера (9-11 мкм), и NH3 лазера (1113,3 мкм), которые могут использоваться в качестве источника лазерного излучения лидаров [3-5].

Таким образом, разработка мобильных (размещаемых в салоне грузопассажирского автомобиля) двухчастотных лидарных систем в широком спектральном диапазоне 9 - 13,5 мкм, в котором сосредоточены спектры поглощения многих экологически вредных веществ, является весьма актуальной задачей.

Целью настоящей работы является разработка конструкции, расчет оптических элементов и создание основных узлов мобильного двухчастотного NH3 - СО2 лидара в спектральной области 9 - 13,5 мкм, размещаемого в салоне грузопассажирского автомобиля.

Научная новизна результатов состоит в том, что в них впервые:

1. Разработана и опробована схема импульсного (~ 3 мкс) высоковольтного источника питания электроразрядного СОг лазера (до 100 кВ, 500 Дж в импульсе при частоте повторения 0,1 Гц), питающегося от бортовой сети автомобиля.

2. Предложена и исследована оптическая схема излучателя мобильного NH3 - СОг лидара, перестраиваемого в спектральной области 9-13,5 мкм, в которой имеются только два подвижных элемента, осуществляющие перестройку измерительной частоты лазеров (зеркало для NH3 лазера и дифракционная решетка для С02 лазера). Изменение частоты опорного излучения производится за счет введения клиновидной просветленной пластинки из Ge. Такая схема делает излучатель более надежным при работе в полевых условиях.

3. Разработана и рассчитана трехканальная система приемного тракта, состоящая из приемного телескопа Кассегрена и трех фотоприемников, два из которых настроены на определенную длину волны (9,22 мкм и 10,6 мкм), а г третий работает во всем диапазоне 9 — 13,5 мкм. Эта система• позволяет упростить обработку полученных результатов во всем спектральном диапазоне работы лидара.

4. Теоретически рассмотрены пути увеличения длительности NH3 лазерного излучения лидара до ~ 1мс при возбуждении аммиака излучением непрерывного СОг лазера при подстройке линии поглощения NH3 под линию излучения СОг лазера с помощью эффекта Зеемана. Показано, что для достижения этой цели необходимо магнитное поле индукцией ~ 1 Тл.

Достоверность результатов определяется тем, что все они получены при использовании современных методов проведения экспериментов и теоретических расчетов: спектрального анализа, импульсной осциллографии, математического анализа, компьютерных методик и др.

Практическая значимость результатов работы состоит в том, что в ней доказано, что сочетание импульсного электроразрядного СОг лазера и NH3 лазера с оптической накачкой излучением СОг лазера позволяет создать мобильный двухчастотный лидарный комплекс в спектральном диапазоне 9 -13,5 мкм, который может размещаться в салоне грузопассажирского автомобиля.

Положения, выносимые на защиту:

1. Сочетание NH3 и С02 лазеров позволяет создать мобильный двухчастотный лидар для мониторинга атмосферы в спектральном диапазоне 9 - 13,5 мкм, размещенный на автомобильном шасси, причем все энергопотребляющие компоненты лидара питаются от бортовой электросети автомобиля.

2. Специально разработанные электрические схемы высоковольтного импульсного источника питания СОг лазера, подключенного к бортовой сети автомобиля, обеспечивают энергетический запас в конденсаторной батарее до 500 Дж при напряжении до 100 кВ и частоте повторения импульсов до 0,1 Гц, что позволяет получить лазерное излучение с энергией в импульсе до 15 Дж.

3. Предложенная оптическая схема излучателя лидара с минимальным количеством подвижных резонаторных элементов, изменяющих частоту генерации лазеров, обеспечивает более надежную, работу комплекса.

4. Разработанная трехканальная оптическая схема приемного тракта позволяет упростить процесс получения и обработки результатов мобильным двухчастотным NH3 — С02 лидаром.

Основные результаты работы опубликованы в [6 - 9] и представлялись на следующие российские конференции с участием иностранных ученых: XLIX научная конференция МФТИ, 24 - 25 ноября 2006 года; XLIII всероссийская конференция по проблемам математики, информатики, физики и химии университета Дружбы народов им. Патриса Лумумбы, 23 - 27 апреля 2007 года.

ВЫВОДЫ

1. Доказано, что сочетание импульсного электроразрядного С02 лазера и NH3 лазера с оптической накачкой излучением С02 лазера позволяет создать мобильный двухчастотный лидарный комплекс, который может размещаться на шасси грузо-легкового автомобиля. л

2. Впервые разработана и опробована схема импульсного высоковольтного источника питания электроразрядного С02 лазера, питающегося от бортовой сети автомобиля.

3. Впервые предложена и исследована оптическая схема излучателя мобильного NH3 - С02 лидара, перестраиваемого в спектральной области 9 -13,5 мкм, в которой имеются только два подвижных элемента, осуществляющие перестройку измерительной частоты лазеров. Изменение f частоты опорного излучения производится за счет введения клиновидной просветленной пластинки из Ge. Такая схема делает излучатель более надежным в работе в полевых условиях.

4. Разработана и рассчитана трехканальная система приемного тракта, состоящая из приемного телескопа Кассегрена и трех фотоприемников, два из которых настроены на определенную длину волны (9,22 мкм и 10,6 мкм), а третий работает во всем диапазоне 9 - 13,5 мкм. Эта система позволяет упростить обработку полученных результатов во всем спектральном диапазоне работы лидара.

5. Разработана и изготовлена газовакуумная система, позволяющая откачать кюветы NH3 и С02 лазеров до давления 10"2 мм рт. ст. и наполнять их активными газами до давления вплоть до 1 атм. и питающаяся от аккумуляторной батареи автомобиля.

6. Теоретически рассмотрены пути .увеличения длительности NH3 лазерного излучения лидара до ~ 1мс при возбуждении аммиака излучением непрерывного С02 лазера при подстройке линии поглощения NH3 под линию излучения СОг лазера с помощью эффекта Зеемана. Показано, что для достижения этой цели необходимо магнитное поле индукцией ~ 1 Тл.

1. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование / под ред. А.Б. Карасева; Пер с англ. И.Г. Городецкого. - М.: Мир, 1987. - 550 с.

2. Panne U.-Laser remote sensing // Trends In Analytical Chemistry. 1998. -V. 17,№8-9.-P. 491-500.

3. Wolf J.P. Lidar atmospheric monitoring // Proc. of SPIE. 1997. - V.3104, -P; 92-99.

4. Кольяков С.Ф., Малявкин Л.П. Лидар дифференциального поглощения на основе TEA С02 ладера// КЭ.- 1988. Т.15, № 1. - С. 212-217.

5. Двухчастотный лидар на основе аммиачного лазера / В.Ю. Ананьев, Б.И. Васильев, А.Н. Лобанов и др // КЭ. 2000. - Т.ЗО, № 6. - С. 535539.

6. Васильев Б.И., Курдоглян М.С., Нгуен Тху Кам. Расчет расщепления колебательно-вращательных линий полосы v2 молекулы 14NH3 в сильном магнитном поле // Труды 49 научной конференции МФТИ. -М., 2006.-С. 77-79.

7. Васильев Б.И., Маннун У.М., Нгуен Тху Кам. Двухчастотный лидар в спектральном диапазоне 9-13,5 мкм для дистанционного обнаружения выбросов вредных веществ в атмосферу // Наукоемкие технологии: — 2007. №6.-С. 16-25.

8. Васильев Б.И., Нгуен Тху Кам. Особенности мобильного NH3 С02 лидара для дистанционного мониторинга атмосферы // Тезисы докладов XLIII всероссийской конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии. Сер. Химии. - М., 2007. - С. 53.

9. Б.И. Васильев., Нгуен Тху Кам,, Г.Г. Ситников. Высоковольтный источник питания для лазерных комплексов на автомобильном шасси // Приборы и техника эксперимента. 2007. № 6. - С. 43-48.

10. Hodgeson J.A., McClenny W.A., Hanst P.L. Air pollution monitoring by advanced spectroscopic techniques // Science. — 1973. --V.182, P. 248258;

11. Schotland R.M. Some.observation of the vertical profile of water vapor by a laser optical radar // Proc. Fourth Symp. Remote Sens. .Environ., Ann Arbor, Michigan, ERIM. -1966. P. 273-283.

12. Hochenbleicher J.G., Kiefer W., Brandmuller J. A laboratory study for resonance raman lidar system // Applied Spectroscopy. 1976. - - V.30, - P. 528-531. ■

13. Raman cross-scctions of some simple gases / W.R Fenner, H.A I Iyatt, J.M Kellan, S.P.S Porto // J. Opt. Soc. Am. 1973. - V.63, - P. 73-77.

14. Smith R.A., Jones F.E., Chasmar. R.P: The detection and measurements of infrared radiation. Oxford.: Clarendon P, 1968.

15. Van de Flulst H.C. Light scattering by small particles NY: John Wiley & Sons Inc., 1957.-536 c.

16. Лазерный контроль атмосферы / Под ред. Э.Д. Хинкли; Пер. с англ. Ю.Ф. Аршинов. -М.: Мир, 1979.-416 с.

17. Nebuloni R. Empirical relationships between extinction coefficient and; visibility in fog // App. Opt. 2005. - V.44, № 18. - P. 3795-3804.

18. Calibrated remote measurements of NO2 using the differential absorp tion backscatter. technique / W.B.Grant, R.D. Hake, Robbins et al //Appl. Phys. Lett. 1974. - V.24, - P. 550-552.

19. O'Shea C., Dodge L.G. NO2 concentration measurements in an- urban atmosphere using differential absorption technique // Applied Optics. — 1974, — V.13, № 6. P. 1481-1486.

20. Rothe K.W., Brinkman U., Walter H. Applications of nunable dye lasers to air pollution detection: Measurements of atmospheric NO2 concentration by differential absorption;// Appl; Phys. 1974. - V.3, - P. 115-119.

21. Rothe K.W., Brinkman U., Walter H. Remote sensing of N02 emission from a chemical factory by the differential absorption technique // Appl. Phys. 1974. - V.4, - P. 181-182.

22. Remote sensing of atmospheric S02 using the differential absorption.lidar technique / J.M. Hoell, W.R. Wade, R.T. Thompson et al // Int. Conf. on Environ. Sens. Assessment. 1975. - V.l, - P. 120-134.

23. Lidar system applied in atmospheric pollution monitoring / K. Fredriksson, B. Galte, K. Nystroem, S. Svanberg // Appl. Opt. 1979. - V.18, № 7. - P. 2998-3003.

24. Baumgartner R.A., Byer R.L. Optical parametric amplification // IEEE J. Quant. Electr. 1979. - V.15, - P. 432.

25. Mobile lidar system for environmental probing / K. Fredriksson, B.Galle, K. Nystrom, S. Svanberg//Appl. Opt. 1981. - V.20,-P. 4181-4189.

26. Murray E.R., Hake R.D., Jr, Van der Laan J.E., Hawley J. G. Atmosheric water vapor measurements with a 10 micrometer DIAL system // Appl. Phys. Lett. 1976. - V.28, - P. 542-543.

27. Weitkamp C. The distribution of hydrogen chloride in the plume of incineration ships: Development of new measurements systems // Wastes in the Ocean. 1981. - V.3,-P. 54-102.

28. Fiocco G., Smullin L.D. Detection of scattering layers in the upper atmosphere (60- 140km) by optical radar // Nature. 1963. - V.l99, - P. 1275-1276.

29. Ligda M.G.H. Meteorological observation with a pulsed radar // Proc. Conf. Laser Technol, San Diego, (Calif.), - 1964. - V.21, - P. 323-324.

30. Hoge F.E., Swift R.N. Airborne simultaneous spectroscopic detection of laser indused water raman backscatter and fluorescence from chlorophyll-a, and other naturally occurring pigments // Appl. Opt. 1981. - V.20, - P. 3197-3205.

31. Богородский В.В., Кропоткин М.А., Шевелева Т.Ю. Методика и техника обнаружения нефтяных загрязнений вод. -Л.: Гидрометеоиздат, 1975. -312 с.

32. Богородский В.В., Кропоткин М.А. Дистанционное обнаружение нефтяных загрязнений вод ИК лазером. — Л.: Гидрометеоиздат, 1975. — 285 с.

33. Зуев В.Е., Кауль Б.В., Самохвалов И.В. Лазерное зондирование промышленной дымки. В сб.: Распространение оптических волн в атмосфере. Новосибирск, 1975. 326 с.

34. Зуев В.Е., Кауль Б.В., Краснов О.А., Самохвалов И.В. Некоторые результаты лазерного зондирования атмосферы индустриального центра // Труды II Всесоюзного симпозиума по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск, - 1973. № 4. - С.45-53.

35. Васильев Б.И., Ястребков А.Б. Известия РАН // Серия физическая. — 1994. Т.58, № 2: - С. 202-206.

36. Hoge F.E., Swift R.N. Airborne simultaneous spectroscopic detection of laser indused water raman backscatter and fluorescence from chlorophyll-a, and other naturally occurring pigments // Appl. Opt. 1981. - V.20, - P. 3197-3205.

37. См., напр., Ахраров M. А., Васильев Б. И., Грасюк А. 3. и др., Труды ФИАН, 106,3 (1982):

38. Васильев Б. И. Докторская диссертация. Москва: ФИАН, 1997.

39. Pan Y—L., Bernhardi A.F., Simpson J.R. Construction and operation of double-discharge TEA C02 laser // Rev. Sci. Inst. 1972. - V.43, № 4. - P. 66-667.

40. Павловский А.И., Босамыкин B.C., Карелин В.И. Электроразрядный ОКГ с инициированием в активном объеме // КЭ. 1976, - Т.З, № 3. -С. 601-604.

41. Электроразрядный С02 лазер с объемном активной области 0.28 мЗ / А.И. Павловский, В.Ф. Басманов, B.C. Босамышкин и др*// КЭ. 1987,1. Т. 14, № 2. - С. 428-429.

42. Аполлонов В.В., Байцур Г.Г., Кудабаев Б.Б. Формирование объемного самостоятельного разряда при больших межэлектродных промежутках / в Сб.: Тр. VII Всесоюз. Симпоз. по сильноточной электронике, Новосибирск, 4 6 мая 1988 г. Томск, Ч. 2, С. 187-189.

43. Brandenberg W.M., Railey М.Р., Texeria P.D. Supersonic transverse electrical discharge laser // IEEEJ. Quant. Elect. 1972, - V.8, № 4. - P. 414-418.

44. Кабалев И.О., Кузьмин Г.П., Нестеренко A.A. Импульсный C02 лазеры с плазменными катодами / в Сб.: Импульсные С02 лазеры, М.: Наука, физматлит, 1966 (Тр. ФИАН, Т.52), - С. 3-9.

45. Uthe Е.Е. Airborne С02 DIAL measurement of atmospheric tracer gas concentration distribution // Appl. Opt. 1986. - V.25, № 15. - P. 2492, 2498.

46. C02 laser based differential absorption lidar system for range - resolved and long - range detection of chemical vapor plumes / C.B. Carlisle, J.E. van der Laan, L.W. Carr et al // Appl. Opt. - 1995. - V.34, № 27. - P. 61876200.

47. Water vapor and ozone profile with a C02 dial system in South Italy / C. Bellecci, G. Caputi, F. De Donato, P. Gaudio // Proc. of SPIE. 1996. - V. 2833,-P. 54-61.

48. Жигалкин А К., Сидоров Ю.Л. О характеристиках объемного разряда с предварительной ионизацией ультрафиолетовым излучением в смесях С02: N2 : Не // ЖТФ. 1978. - Т.8, № 8. - С. 1621-1623.

49. Witteman WJ. The С02 laser. Springer, 1987. - 309 с.

50. Жигалкин А.К., Сидоров Ю.Л. Протяженный источник для ультрафиолетовой предионизации импульсных газовых лазеров // ПТЭ. 1980. № 6. - С. 146-148.

51. Васильев Б.И., Чо Чен Вхан. NH3 — лазер в качестве источника излучения двухчастотного лидара // КЭ. 2000. - Т.ЗО, № 12. - С. 11051106.

52. Chang T.Y., McGee J.D. Laser action at 12.812 цт in optically pumped NH3 // Appl. Phys. Lett. 1976. № 28. - P. 526-528.

53. Danielewicz E.J., Malk E.G., Coleman P.D. High power vibration-rotation emission from 14NH3 optically pumped off resonance // Appl. Phys. Lett. -1976. -V.29,№ 9. -P.557-559.

54. Chang T.Y., McGee J.D. Off-resonance infrared laser action in NH3 and C2H4 without population inversion // Appl. Phys. Lett. 1976. - V.29, № 11.-P. 725-727.

55. Laser generation from 6 to 35 цт following two-photon excitation of ammonia / R.R. Jacobs, D. Prosnitz, W.K. Bischel et al // Appl. Phys. Lett. -1976.-V.29, № 11.-P. 710-712.

56. Fry S.M. Optically pumped multi-line NH3 laser // Opt. Comm. 1976. -V.19, № 3. - P. 320-324.

57. Васильев Б.И., Грасюк А.З. Мощный эффективный Т"Щ3-лазер с оптической накачкой, перестраиваемый в диапазоне 770-890 см"1 // КЭ. 1980. -Т.7, № 1.-С. 116-122.

58. Васильев Б.И., Грасюк А.З., Дядькин А.П. Мощный импульсный NH3-лазер с оптической накачкой излучением С02-лазера // КЭ. 1977. -Т.4,№ 8.-С. 1805-1807.

59. Multiwatt optically pumped ammonia laser operation in the 12-13 pm / V.Yu. Baranov, B.I. Vasiliev, E.P.Velikhov et al // Appl. Phys. 1978. -V.17,-P. 317-320.

60. Васильев Б.И., Грасюк А.З. и др. Светопроводный аммиачный лазер с растровой системой накачки // КЭ. 1979. - Т.6, № 3. - С. 648-651.

61. NH3-N2 лазера высокого давления / М. Ахраров, Б.И. Васильев, А.З. Грасюк, А.Б. Ястребков // КЭ. 1982, - Т.9, № 10. - С. 2044-2049.

62. Характеристики мощного NH3 N2 лазера с пассивной синхронизацией продольных мод / М. Ахраров, Б.И. Васильев, А.З. Грасюк, А.Б. Ястребков // КЭ. - 1982. - Т.9, № 4. - С. 655-661.

63. Плавная перестройка частоты генерация NH3 лазера внутри контура линии усиления / М. Ахраров, Б.И. Васильев, А.З. Грасюк, А.Б. Ястребков //КЭ. 1983. - Т. 10, № 3. - С. 602-607.

64. Ахраров М., Васильев Б.И. Лазер среднего ИК диапазона на изотопозамещенных молекулах аммиака 15NH3 // КЭ. 1984. - Т. 11, № 4.-С. 845-846.

65. Ахраров М., Васильев Б.И. Плавно перестраиваемый NH3 лазера с накачкой линией 9R(16) С02 лазера // КЭ. 1985. - Т.12, № 7. - С.1414-1419.

66. Ахраров М., Васильев Б.И. 15NH3 лазер с двухфотоной оптической накачкой //КЭ. 1986. -Т.13, № 8. - С. 1555-1559.

67. Баранов В. Ю., Бобков И. В., Дядькин А. П. Препринт ТРИНИТИ № 0043-А, Троицк, 1998.

68. Малышев В. И. Введение в экспериментальную спектроскопию. М.: Наука, 1979.-480 с.

69. Lohmarm, R., Jones, К.С. Dioxins and furans in air and deposition // The Science of the Total Environment. 1998. - V.219, № 1. - P. 53-81.

70. Taghizadeh, R.G. Harrision // Appl. Phys. Lett. 1981. - V.39, № 1. - P. 32-34.

71. Makowe J., Boyarkin O.V., Rizzo T.R. Highly efficient optically pumped NH3 laser with near diffraction limited output // Rev. Sci. Inst. 1998. -V.69,№ 12.-P. 4041-4043.

72. Deka B.K. Dyer P.E., Perera I.K. High energy density NH3 laser using an unstable resonator C02 laser pump // Opt. comm. 1980. - V.32, № 2. - P. 295-300.

73. Deka B.K., Dyer P.E., Perera L.K. Subnanosecond mid-infrared laser pulse generation by synchronous mode-locked C02 laser pumping // Opt. comm.- 1981. — V.37, № 2. P. 127-132.

74. Shaw E.D., Patel C.K.N. Improved pumping geometry for high power NH3 lasers // Opt. comm. 1978. - V.27, № 3. - P. 419-422.

75. A simple and efficient optically pumped NH3 laser system / Harrison R.G, Kar A.K, Taghizadeh M.R, Gupta P.K // Opt. comm. 1980. - V.34, № 3. -P. 445-446.

76. Infrared and far-infrared laser emissions from а ТЕ C02 laser pumped NH3 gas / T. Yoshida, N. Yamabayashi, K. Miyazaki, K. Fujisawa // Opt. comm.- 1978. V.26, № 3. - P. 410-414.

77. White J.D., Reid J. NH3 laser operation in the 16- to 21-micron region // Appl. Opt. 1993. - V.32, № 12. - P. 2053-2057.

78. Harrison R.G., Al-Saidi LA. Experimental evidence of self-pulsing and chaos in an optically pumped 12 jam NH3 laser // Opt. comm. 1985. -V.54, № 2. - P. 107-111.

79. Observation of period doubling in an all-optical resonator containing NH3 gas / R.G. Harrison, W.J. Firth, C.A. Emshaiy, I.A. Al-Saidi // Phys. Rev. Lett. 1983.-V.51,№7.-P. 562-565.

80. Mehendale S.C., Harrison R.G., Vass A. Pump intensity dependent cavity mode frequency shifting in a 12.08 |im NH3 laser // Appl. Phys. Lett. -1986. V.48, № 14. - P. 894-896.

81. Luo Xizhang., Qiu Ruman. Optimized operation of optically pumped NH3 laser emission at 12.08 Jim and 12.81 pm // Int J IR-MMW. 1997. -V.l8(3),-P. 64-652.

82. White J.D., Chakrabarti A., Reid J. High power, high efficiency optically pumped NH3 lasers // Appl. Phys. B. 1990. - V.51, № 5. - P. 371-373.

83. J.P. Nilaya., D.J. Biswas. Versatile cavity for optically humped molecular Lasers// Rev. Sci. Inst.-2001. V.72, № 2.-P. 1343-1345.

84. The Дк = ±2 Forbidden band and inversion-rotation energy levels of ammonia / R. Dcunha, K.N. Rao, S. Urban, D. Papousek // Canadian J. of phys. 1984. - V.62, - P. 1775-1791.

85. Poynter R.L., Margolis J.S. The V2 spectrum of NH3 // J. Molecular Physics 1984. — V.51, № 2. - P. 393-412.

86. Gupta P.K., Harrison R.G. Rate equation model for mid IR OPML having common pump and upper basing level: Application to 12.8 jim emission fromNH3 // IEEE J. Quant. Elect. 1981. - V.17, № Ц. -p. 2238-2244.

87. Morrison H.D., Garside B.K., Reid J. Dynamics of the optically pumped midinfrared NH3 laser at high pump power Part I: Inversion gain // IEEE J. Quant. Elect. - 1984. - V.20, № 9. - P. 1051-1060.

88. Morrison H.D., Garside B.K., Reid J. Dynamics of the optically pumped midinfrared NH3 laser at high pump power Part II: Raman gain and AC stark shift II // IEEE J. Quant. Elect. - 1984. - V.20, № 9. - P. 1060-1064.

89. Запрягаева JI.A., Свешникова И.С. Расчет и проектирование оптических систем. М.: Логос, 200. - 581 с.

90. Слюсарев Г.Г. Расчет оптических систем. -Л.: Машиностроение, 1975. -638 с.

91. Справочник по инфракрасной технике / Пер. с англ. под ред. У. Волф, Г. Цисис. В 4-х тт. Т. 2. Проектирование оптических систем. — М.: Мир, 1988.-347 с.

92. Козелкин В.В., Усольцев И.Ф. Основы инфракрасной техники. -М.: Машиностроение, 1985.-263 с.

93. Рогальский А. Инфракрасные детекторы / Пер с англ. под. ред. А.В. Войцеховского. — Новосибирирск.: Наука, 2003. 636 с.

94. Апенко М.И., Запрягаева Л.А., Свешникова И.С. Задачник по прикладной оптике. — М.: Высшая школа, 2003. 590 с.

95. Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. Теория оптических систем. — М.: Машиностроение, 1992.-447 с.

96. Звелто О. Принципы лазеров / Под. ред. Т.А. Шмаонова; Пер. с англ. Е.В. Сорокина, И.Т. Сорокиной, К.Ф. Шипилова. Москва.: Мир, 1990. -558 с.

97. Kukolich S.G., Slygare W.H. Molecular g-Values, Magnetic Susceptibilities,15

98. Molecular Quadrupole Moment and Spin-Rotation Interaction in NH3 //

99. Mol. Phys. 1969. - V.17, - P.127-133.

100. Kukolich S.G. Magnetic Susceptibility Anisotrophy and Molecular14

101. Quadrupole Moment in NH3 // Chem. Phys. Lett. 1970. - V.5, - P. 401404.