Совершенствование методов создания ИК-лидарных систем на основе нелинейно-оптических кристаллов для исследований атмосферных газов

Айрапетян, Валерик Сергеевич

Совершенствование методов создания ИК-лидарных систем на основе нелинейно-оптических кристаллов для исследований атмосферных газов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Айрапетян, Валерик Сергеевич АВТОР

доктора технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Новосибирск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2009 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Совершенствование методов создания ИК-лидарных систем на основе нелинейно-оптических кристаллов для исследований атмосферных газов»

Автореферат диссертации на тему "Совершенствование методов создания ИК-лидарных систем на основе нелинейно-оптических кристаллов для исследований атмосферных газов"

535.34

На правах рукописи

□□3491350

Айрапетян Валерик Сергеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ СОЗДАНИЯ ИК-ЛИДАРНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИХ КРИСТАЛЛОВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ АТМОСФЕРНЫХ ГАЗОВ

01.04.05-«Оптика»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

-4 фев ?т

Новосибирск - 2009

003491350

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирская государственная геодезическая академия».

Научный консультант - доктор технических наук, профессор Чесноков Владимир Владимирович.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Пономарёв Юрий Николаевич;

доктор физико-математических наук, профессор Дмитриев Александр Капитонович;

доктор технических наук, профессор Дубнищев Юрий Николаевич.

Ведущая организация - Институт автоматики и электрометрии СО РАН, г. Новосибирск.

Защита состоится 8 апреля 2010 г. в 14.00 час. на заседании диссертационного совета ДМ 212.251.01 в Сибирской государственной геодезической академии (СГГА) по адресу: 630108, Новосибирск, Плахотного, 10, СГГА, ауд. 403.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГГА.

Изд. лиц. ЛР № 020461 от 04.03.1997. Подписано в печать 28.12.2009. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 2,85. Уч.-изд. л. 1,60. Тираж 100 экз. Заказ

Редакционно-издательский отдел СГГА 630108, Новосибирск, 108, Плахотного, 10.

Отпечатано в картопечатной лаборатории СГГА 630108, Новосибирск, 108, Плахотного, 8.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Изучение явлений, происходящих в атмосфере Земли, было и остается актуальной задачей в деятельности человека. Традиционные методы дистанционного исследования атмосферных явлений, во многих случаях проводимые визуально-экспериментальным путем, давали малоэффективные результаты. Наряду с традиционными методами, в последние годы активно развиваются современные методы и технические средства по сбору информации о процессах, происходящих в атмосфере Земли. Среди них важное место отводится дистанционному зондированию атмосферы оптическими методами, являющимися наиболее перспективными в исследовании и контроле параметров атмосферы Земли.

Интенсивные исследования в области лазерного дистанционного зондирования, проводимые в последние десятилетия, показали, что лидар (Iidar - light identification, detection and ranging) является одним из наиболее перспективных инструментов исследования атмосферных газов и загрязнителей атмосферы.

Информация, полученная с помощью первых лидарных систем на основе лазеров, была очень ограничена, поскольку она не позволяла идентифицировать и определять параметры основных компонентов атмосферы.

Дистанционное зондирование с помощью лидарных систем особенно интенсивно начало развиваться после появления импульсных перестраиваемых лазеров, излучающих в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах длин волн, и позволяющих решать ряд принципиально важных задач оптической спектроскопии, а именно:

- достигать предела чувствительности спектрального анализа атомов и молекул, недоступной даже лучшим масс-спектрометрам (экспериментально реализуются методы детектирования отдельных молекул в одном квантовом состоянии);

- проводить исследование спектров и релаксации из возбужденных состояний атомов и молекул (лазерное излучение позволяет селективно возбудить в

любое квантовое состояние значительную часть атомов и молекул и проследить пути релаксации их в основное состояние, а также измерить время релаксации);

- выполнять дистанционный спектральный анализ - исследовать комбинационное и резонансное рассеяние атомов и молекул на значительном удалении от лазера и получать информацию об атомном и молекулярном составе вещества;

- с помощью перестройки частоты лазерного излучения, используя избирательность поглощения света веществом, осуществлять селективное воздействие лазерного излучения на вещество с целью определения его состава и свойств.

Лазерные дистанционные исследования компонентов атмосферы Земли, проводимые отечественными научными центрами, в том числе Физическим институтом им. П.Н. Лебедева РАН (г. Москва), Институтом оптики атмосферы СО РАН (г. Томск), Институтом спектроскопии РАН (г. Троицк), Санкт-Петербургским университетом базируются на основе методов флюоресценции, рэлеевского и комбинационного рассеяния.

Существенный вклад в изучение явлений окружающей среды (в частности, конкретных компонентов атмосферы Земли) теоретическими и экспериментальными спектроскопическими методами внесли отечественные ученые: В.Р. Хохлов, С.А. Ахманов, В.Е. Зуев, И.Л. Фабелинский, Ф.В. Бункин, Г.Г. Матвиенко, Ю.Н. Пономарев, Б.И. Васильев и др.

В данной диссертационной работе рассматриваются решения задач исследования газовых сред, связанных с созданием и применением плавно и (или) дискретно перестраиваемых параметрических ИК-лидарных систем, основанных на методе дифференциального поглощения и рассеяния.

Актуальность диссертационного исследования обусловлена необходимостью решения проблемы совершенствования методов и создания, новых лидарных средств, позволяющих расширить диапазон перестройки длины волны лазерного излучения и повысить чувствительность дистанционного детектирования минимально допустимых концентраций молекул газов ИК-лидарной системой.

Также весьма актуальным представляется исследование параметрических процессов генерации лазерного излучения ближнего и среднего ИК-диапазона

и создание на его основе эффективной многочастотной и многофункциональной лидарной системы, позволяющей изучать спектральные свойства молекул газов при нелинейно-оптическом взаимодействии с лазерным излучением.

Цель и задачи исследования *

Целью диссертационной работы является выявление и обоснование физических закономерностей и особенностей технологических методов обработки нелинейно-оптических кристаллов и создание на их основе высокоэффективных параметрических генераторов света ближнего и среднего ИК-диапазона, обеспечивающих дистанционное зондирование атмосферных газов.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи, в которые входит:

1) исследование влияния различных факторов (например, ориентации кристалла, концентрации и вида примеси, температуры окружающей среды, термохимической обработки, 7-облучения и поляризации излучения лазера) на величину и время хранения наведенной оптической неоднородности (НОН), возникающей в активных элементах параметрического генератора света (ПГС) из нелинейных кристаллов ниобата лития (ЫЫЬОз) и калия титанила фосфата (КТР);

2) исследование спектральных, пространственно-временных, амплитудных и поляризационных характеристик излучения ИК ПГС с плавной и (или) дискретной перестройкой длины волны; выявление особенностей этих параметров; исследование влияния вида резонатора ИК ПГС на пространственно-временные, амплитудные и спектральные характеристики излучения; выявление путей получения квазимонохроматичного излучения и определение его степени во всем диапазоне перестройки длины волны ИК ПГС;

3) разработка и реализация ИК-лидарного комплекса, основанного на ПГС, позволяющего плавно и (или) дискретно (от импульса к импульсу) проводить зондирование атмосферы в ближнем и среднем ИК-диапазоне длин волн;

чувствительности данного метода с другими методами при дистанционном измерении концентраций молекул газов в стандартных условиях;

5) исследование особенностей изменения параметров колебательно-вращательного спектра поглощения газовых сред атмосферы Земли (интенсивность, ширина и форма спектральной линии) с учетом влияния различных факторов со стороны окружающей среды;

6) выявление возможностей использования плавно и (или) дискретно перестраиваемого ИК-лидарного комплекса для дистанционного и оперативного определения концентраций биологически агрессивных газовых сред с высокой точностью и чувствительностью.

Объекты н методы исследования

В качестве основных объектов исследования выбраны:

- нелинейно-оптические кристаллы УАО:Ш3+, ЫЫЬ03, ЬГГаОз и КТР;

- ИК-параметрический генератор света;

- различные газовые среды, имеющие колебательно-вращательные спектры поглощения в диапазоне частот перестройки ИК - лидара.

При выполнении работы использованы различные методы исследований, в том числе: фотографические, фотоэлектрические и спектроскопические, а также компьютерное моделирование.

Экспериментальные исследования проводились на созданном автором ИК-лидарном комплексе с применением метода дифференциального поглощения и рассеяния (ДПР).

Научная новизна заключается выявление и обоснование физических закономерностей и особенностей технологических методов обработки нелинейно-оптических кристаллов и создание на их основе высокоэффективных параметрических генераторов света ближнего и среднего ИК-диапазон, при этом впервые:

1) разработан системный подход к решению проблемы возникновения НОН в активном элементе ПГС из нелинейного кристалла ЫМЬОз; определено влияние весового содержания введенной в кристалл примеси, температуры,

термохимической обработки и у-облучения кристалла на величину и время релаксаций НОН;

2) разработан и реализован новый класс параметрических генераторов излучения на нелинейных кристаллах 1лЫЬ03 и КТР, позволяющих осуществлять плавное и (или) дискретное преобразование частоты накачки лазера в ближний и средний ИК-диапазон, с рекордным значением эффективности преобразования и при спектральной ширине менее (или равной) 1 см"';

3) на основе ИК ПГС разработаны физико-технические основы ИК-лидаров с одним лазерным источником, позволяющим осуществлять зондирование компонентов атмосферы Земли методом ДПР;

-4) уровень чувствительности устройств ИК лидара позволяет реализовать обнаружение органического газа в атмосфере путем дистанционной регистрации обратно рассеянных лазерных эхо-сигналов от топографической мишени методом ДПР. На примере атмосферного метана теоретически рассчитан и экспериментально зарегистрирован колебательно-вращательный спектр поглощения у3 полосы с расстояния 2,2 км и определена его интегральная концентрация (по горизонтальной атмосферной трассе на высоте 50 м от поверхности Земли) с чувствительностью менее 1,7 ррш.

Оригинальность и новизна результатов подтверждается публикациями в ведущих зарубежных и отечественных физических журналах, определенных ВАК Минобрнауки РФ.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается использованием современных представлений о параметрическом преобразовании частоты лазерного излучения, а также нелинейного взаимодействия интенсивного лазерного излучения с газовой средой, основанного на общепринятых физических моделях и подтверждается сопоставлением с наблюдаемыми экспериментальными данными и с результатами численных расчетов.

Практическая значимость результатов работы заключается в создании и оптимизации параметров ИК-лидарной системы, позволяющей благодаря плавной и (или) дискретной перестройке частоты ИК-излучения осуществлять зон-

дирование атмосферных газов в ближнем и среднем ИК-диапазоне. Указанная система может быть использована в качестве приборов физического эксперимента для абсолютных измерений частот лазерного излучения с погрешностью менее З-Ю^см'1, а также найти применение в лидарных системах, в том числе, в составе военно-технического комплекса. Кроме того, использование высокой чувствительности ИК-лидара на основе одного импульсного параметрического лазера, работающего по методу ДПР, может существенно снизить их стоимость и применяться для картирования пространственного распределения молекул загрязняющих веществ в атмосфере.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Утверждается, что оптические искажения в нелинейном кристалле УМЬОз, индуцированным импульсным лазерным излучением, возникают в момент начала действия светового импульса (погрешность измерения <5 • 10"9 с); отсутствует порог образования искажения при изменении плотности энергии записывающего светового импульса от 0,003 до 0,75 Дж/см2. Изменения внешних влияющих факторов в широком диапазоне (нагрев кристалла в интервале от 400 до 600 К, термохимическая обработка в окислительной и восстановительной средах, варьирование содержания примеси в кристалле от 0,01 до 0,3 вес.%, у-облучение кристалла) не приводят к изменению амплитудного значения НОН в кристалле ЫЫЬ03. Вместе с тем динамический диапазон времени релаксации НОН, обусловленной внешними факторами, находится в интервале от 10"7 до 104 с.

лазера в параметрическое излучение ближнего и среднего ИК-диапазона длин волн. Максимальный коэффициент преобразования (>27%) со спектральной шириной < 1 см"' и расходимостью излучения < 3,5 мрад достигается при частоте повторения импульсов ПГС от 25 до 30 Гц.

3. Доказано, что электрооптический и угловой способы изменения угла синхронизма активного элемента ПГС из нелинейного кристалла ЫНЬСЬ, обес-

печнвают одновременную реализацию плавной и (или) дискретной перестройки частоты излучения параметрического лазера от импульса к импульсу, что служит основой для создания ИК-лидарного комплекса с одним лазером.

4. Разработан ИК-лидарный комплекс, основанный на одном параметрическом лазере и действующий по методу ДПР, позволяет дистанционно детектировать газовые среды, имеющие колебательно-вращательные полосы поглощения, комбинированные и вращательные частоты в диапазоне перестройки ИК-лидара. Прозрачность атмосферы вблизи длины волны 3,4 мкм позволяет проводить измерения концентрации метана методом ДПР на вращательных линиях Р7, Р9 и Р10. Пороговая концентрация метана по открытой атмосферной трассе с расстояния 2,2 км от лидара зарегистрирована на уровне 1,7 ррш.

Апробация работы. Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, симпозиумах и конгрессах.

1.II1 Всесоюзная конференция по выращиванию и росту кристаллов, 21-24 сентября, 1977 г., г. Кировакан, Арм. ССР.

2. IV Всесоюзная Вавиловская конференция по нелинейной и когерентной оптике, 25-29 июня, 1985 г., г. Новосибирск.

3. XV научно-техническая конференция преподавателей СГГА, 15-18 апреля, 1996 г., г. Новосибирск.

4. XVI научно-техническая конференция преподавателей СГТА, 22-28 апреля, 1997 г., г. Новосибирск.

5. Conference «The Laser Applied and Technology - 2002», г. Москва.

6. XII Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Атмосферная физика», 27-30 июня, 2005 г., г. Томск.

7. VI Международная конференция «Лазерная физика-2005», 11-14 октябрь, 2005 г., Аштарак, Армения.

8. IV Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2008», 22-24 апреля, 2008 г., г. Новосибирск.

9. V Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2009», 20-24 апреля, 2009, г. Новосибирск.

10. Международная научно-техническая конференция «Геодезия, картография и кадастр - XXI век» 25-27 мая 2009, г. Москва.

Основное содержание диссертации отражено в 32 научных работах (24 - в соавторстве), в том числе 12 работ из перечня ВАК («Письма в ЖТФ», «Оптика атмосферы и океана», «Журнал прикладной спектроскопии», «Приборы и техника эксперимента»). По результатам работы получены 4 авторских свидетельства СССР.

Кроме этого, результаты работы опубликованы в сборниках материалов международных конференций: «Нелинейная и когерентная оптика», «Оптика атмосферы и океана. Атмосферная физика», «The Laser Applied and Technology».

Crpyicrypa и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и 3 приложений. Она изложена на 189 страницах машинописного текста, содержит 53 иллюстрации и список использованных источников, содержащий 123 наименования, в том числе 66 - на иностранном языке.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, поставлена цель и сформулированы задачи исследований, определены научная новизна и практическая значимость полученных результатов, выделены основные научные положения, выносимые на защиту.

Первый раздел посвящен вопросам взаимодействия лазерного излучения с компонентами атмосферы. В разделе приведено краткое описание структуры и состава атмосферы, ее оптических свойств, уточнена группа молекул газов, являющихся потенциальными загрязнителями окружающей среды; выполнен аналитический обзор современного состояния теории молекулярного поглощения и рассеяния лазерного излучения, а также рассмотрены известные механизмы взаимодействия лазерного излучения с молекулами атмосферных газов.

Значительное место уделено основным определениям и понятиям классической спектроскопии: линейное и нелинейное поглощение, дифференциальное

сечение рассеяния, дифференциальное сечение обратного рассеяния, объемный коэффициент обратного рассеяния; анализируются различные причины ушире-ния спектральных линий молекул и обосновываются теоретические ограничения спектрального разрешения.

В диссертации эти явления объяснены следующим образом.

Основное уравнение переноса лазерного излучения малой мощности в атмосфере, для которого спектральная ширина близка к центральной частоте \>о-перехода между состояниями \п) и {т\ молекулы газа, описывается в рамках классической модели универсального закона Бугера - Ламберта [19]:

1(у,2) = 1(у,0)ехр{[-к(у,2)]2}, (1)

где /(у,0) - интенсивность света на поверхности г = 0.

В случае коллимированного пучка лазерного излучения, распространяющегося в атмосфере, полный коэффициент ослабления лазерного излучения к(у) определяется следующим выражением [21]:

к{у)=^{к'Е( к)+4 ( у) + к'А (V)} + км {у) . (2)

Суммирование проводится по всем составляющим атмосферы, а через кц{у), кА(у) и к^^у) обозначены объемные коэффициенты ослабления за счет упругого (рэлеевского) рассеяния, неупругого (комбинационного) рассеяния, поглощения и рассеяния Ми, соответственно. Из-за малости величины кц(у) далее в работе не рассматривается эффект комбинационного рассеяния.

Интенсивность света экспоненциально уменьшается по мере увеличения дистанции, проходимой светом в среде. Отклонения от этого закона начинают проявляться лишь для очень мощных лазерных пучков, что связано с нелинейностью отклика атмосферы на сильное световое поле и квантовыми эффектами.

При использовании метода дифференциального поглощения необходимо иметь точные данные о сечении поглощения в зависимости от длины волны лазерного излучения [20].

Аддитивность перечисленных явлений позволяет избирательно рассматривать каждое из них выбором параметров лазерного излучения, усиливая или уменьшая вклад остальных эффектов.

Когда длина волны лазерного излучения совпадает с селективной линией поглощения составляющей атмосферы, ослаблением комбинационного рассеяния и рассеянием Ми можно пренебрегать, так как и кЕ{у)»км(\>).

Коэффициент поглощения в стандартных условиях связан с сечением поглощения соотношением [22]:

Ш = (3)

где N1 = 2,6910|9см"3 - число молекул, содержащихся в 1см3 газа при нормальных условиях - число Лошмидта.

В случае хорошо коллимированного лазерного излучения в незатуманен-ной атмосфере возвращающее излучение в телесный угол определится выражением (1), где степень экспоненты обусловлена только сечением поглощения.

Из выражения (1) можно получить интенсивность излучения, рассеянного в единицу телесного угла, обусловленную дифференциальным сечением расчет

сеяния индивидуальной молекулы .

В таблице 1 (на основе базы данных ШТИАК [23]) приведены вычисленные значения сечений поглощения некоторых газов для колебательно-вращательных переходов ближнего и среднего ИК-диапазона длин волн.

В лазерном дистанционном зондировании рассматривается обратно-рассеянное излучение, тогда дифференциальное сечение обратного рассеяния определится выражением:

п = _п2{п2 -

**= сю. (4)

Объемный коэффициент обратного рассеяния на уровне моря [20]:

р£(А) = М-аХ(А)=1,391^-]4.10-8см-1стр-1. (5)

Таблица 1 - Расчетные значения сечений и коэффициента поглощения некоторых газов вычисленные согласно уравнениям (3) и (4)

Молекула газа Колебательно-вращательный переход v0, см"1 Я, мкм Avо) Ю"'8, см2 клЬ'о) Ю"6(млл''), см'1 при нормальных условиях

Н20 001 -000 3755,9300 2,6620 0,630 16,95

С02 ОНИ -01101 10012-00001 2336,6320 3612,8410 4,2797 2,7679 0,645 0,589 17,35 15,85

03 101 -000 2110,7843 4,7390 0,388 10,43

СО 2-0 4260,0627 2,3470 0,760 20,33

СН4 00011001 -00000000 00000111 -00000000 3019,4944 1310,7616 3,3118 7,6290 0,440 0,546 11,87 14,69

no2 001 - 000 101-000 1616,8520 2906,0691 6,1848 3,4410 0,378 0,196 10,18 5,29

HNO} 2-0 1709,5675 5,8490 0,340 9,20

HF 1 -0 3961,4429 2,5240 0,712 19,14

HCl 1-0 2885,9765 3,4650 0,103 2,78

n2 1 -0 2329,9117 4,2920 0,057 1,56

Результаты, полученные в ходе теоретических расчетов и эксперименталь-

ных измерений для значений сечения обратного рэлеевского рассеяния ап (Л.) и коэффициента поглощения ¿а(Уо)> выполненные разными авторами [22, 26] с использованием лазерного излучения видимого и УФ-диапазона длин волн, приведены в виде таблиц с дополнением и расширением для ИК-диапазона длин волн.

Такая поправка сделана, исходя из того, что в работе рассматривается зондирование атмосферы с использованием лазерного излучения ближнего и среднего ИК-диапазона длин волн. Введенные таким образом определения сечения обратного рассеяния позволяют сравнивать между собой интенсивности сигналов исследуемых молекул в разных диапазонах длин волн.

Отклонения значений рэлеевского рассеяния от закона Я'4 в диапазоне длин волн Я = 1,41 * 4,24 мкм не превышают 3 %.

В таблице 2 приведены значения сечений обратного рэлеевского рассеяния ряда молекул для длин сигнальной =1,41 мкм) и холостой (Лх = 4,24 мкм) волн параметрического лазера, которые используются в дальнейшем при создании ИК-лидара.

Таблица 2-Сечение рэлеевского обратного рассеяния ап (Л)

для некоторых молекул атмосферы

Газ Химическая формула а^(А)-10-28см2стр-' -10 ■"см^тр"'

1 = 0,694 мкм Х - 1,41 мкм Х = 4,24 мкм

Водород н2 0,44 0,0254 0,316

Дейтерий о2 0,43 0,0250 0,309

Гелий Не 0,03 0,0170 0,022

Кислород 02 1,80 0,1050 1,290

Азот 2,14 0,1260 1,536

Двуокись углерода С02 6,36 0,3730 4,566

Метан СН4 4,60 0,2720 3,302

Закись азота N20 6,40 0,3750 4,594

Неон № 0,09 0,0500 0,064

Аргон Аг 2,00 0,1170 1,435

Ксенон Хе 11,60 0,6810 8,327

Фреоны, представляющие интерес для стратосферных исследований

Фреон-12 СС12Р2 36,08 2,1180 25,900

Фреон-13В1 СВгРз 24,87 1,4600 17,853

Фреон-14 СР4 4,91 0,2880 3,524

Фреон-22 снсш2 21,90 1,2850 15,721

Таким образом, на основе анализа используемых в научно-технической литературе теоретических моделей структуры и состава атмосферы и ее оптических свойств в области перестройки ИК ПГС (А = 1,41 4,24 мкм) определены области прозрачности атмосферы для лазерного зондирования со спектральной шириной не более 0,6 см"' [11].

Анализ проведенных расчетов значений сечений поглощения и рассеяния для ряда загрязняющих атмосферу газов, выполненных согласно известным за-

конам классической спектроскопии [22, 26], а также использование базы данных ШTRAN показали, что молекулы этих газов имеют интенсивные колебательно-вращательные полосы поглощения в диапазоне перестройки ИК ПГС.

Содержание второго раздела посвящено теоретическому и экспериментальному исследованию параметров и вопросов создания мощных импульсных твердотельных лазеров ближнего ИК-диапазона, которые могут служить источником оптической накачки перестраиваемого лазерного излучения, проходящего многокилометровый путь сквозь атмосферу.

Наиболее предпочтительным типом лазера накачки является импульсный твердотельный лазер на кристалле иттрий - алюминиевого граната УАС:Ыс13+ (Л = 1,064 мкм) с модуляцией добротности.

В ходе выполнения работы автором исследованы амплитудно-временные и спектроскопические параметры такого лазера, поскольку ими обусловлены оптимальные характеристики излучения ИК ПГС, такие как:

- диапазон перестройки длины волны;

- спектральная ширина излучения на конкретной длине волны;

- выходная энергия излучения;

- расходимость излучения;

- длительность импульса излучения.

Систематизирование исследований в работе проводилось исходя из того, что параметры лазерного излучения можно объединить в три основные группы:

- энергетические (мощность, энергия, расходимость, плотность энергии излучения);

- спектральные (длина волны, ширина спектра);

- корреляционные (когерентность и поляризация излучения).

Таким образом, требования, которым должен удовлетворять лазерный излучатель, являющийся лазером накачки для параметрического генератора, предполагают следующие основные технические характеристики:

Тип резонатора..............................................неустойчивый

Длина волны излучения................................... 1,064 мкм

Длительность импульса...................................20 не

Энергия импульса..........................................200 мДж

Расходимость излучения..................................0,8 мрад

Ширина спектра излучения (расчетная)...............1,7 10"3 см"1

Частота повторения импульсов ..........................от 25 доЗО Гц

По результатам проведенных исследований резонаторов был разработан и создан импульсный лазер, оптическая схема которого приведена на рисунке 1.

Ьо

Г- АЭ ЭОЗ

\Гу

. - ' • '-■■■ • -у-Г- :■■■■■■■■.

———— ..■■■-'

М1 М2

Рисунок 1 - Оптическая схема неустойчивого телескопического резонатора лазера накачки: М1 - плотное зеркало (Л = 99,5 % наД = 1,064 мкм); АЭ - активный элемент из кристалла УАС:Ш3+; ЭОЗ - электрооптический затвор, М2 - выходное зеркало (Т= 86,5 % на Л = 1,064 мкм)

Преобразование частоты лазера накачки можно осуществить различными способами, описание которых приведено в третьем разделе диссертации, в котором также рассматриваются свойства и способы управления (улучшения или ухудшения) параметрами нелинейно-оптических сред, используемых в качестве активного элемента перестраиваемых ПГС.

Одним из широко применяемых лазерных источников дистанционных спектроскопических измерений являются импульсные перестраиваемые источники ИК-излучения, основанные на параметрической генерации света в нелинейных кристаллах (НК). Физические свойства таких кристаллов позволяют

создавать на их основе эффективные источники когерентного излучения в диапазоне от 0,2 до 12 мкм.

Достаточно хорошо изучены нелинейно-оптические свойства огромного количества НК [24]. Однако наиболее эффективными НК являются кристаллы КТР и LiNb03, в последнее время используемые в параметрических генераторах света.

В диссертации приводятся результаты проведенных автором исследований, целью которых явилось создание высокоэффективного ПГС, на основе НК КТР и LiNb03. Для этой цели исследованы особенности этих кристаллов, позволяющих реализовать эффективное преобразование импульсов излучения УАС:Кс13+-лазера (Л = 1,064 мкм) в излучение ближнего и среднего ИК-диапазона.

Под действием интенсивного лазерного излучения в кристаллах LiNb03 и LiTa03 наблюдается локальное изменение показателя преломления (An). После прекращения облучения в кристалле остается область с измененным показателем преломления, которая может существовать в течение длительного времени. Это явление известно как наведенная оптическая неоднородность (optical damage) или фоторефракция (ФР) [25]. Явление ФР состоит в обратимом изменении показателя преломления кристаллов под действием света.

Оптическое искажение в НК LiNb03 ограничивает возможности применения этого материала в качестве активного элемента в ПГС и снижает эффективность преобразования лазерной частоты.

Для выяснения возможности повышения ФР или, наоборот, ее подавления необходимо понимание механизма возникновения пространственного заряда.

Для изучения ФР используются два основных метода: поляризационно-оптический и голографический.

Исследованию ФР в LiNb03 и LiTaCb голографическнм методом посвящены ранние работы автора [1-7], где более подробно рассматриваются вопросы возникновения и устранения (и (или) улучшения) ФР в сегнетоэлектрических кристаллах LiNb03 и LiTa03 с примесями и без них.

Голографический метод заключается в исследовании интенсивности дифракции на периодических голографических решетках, что приводит к периодическому распределению объемного заряда и соответствующего электрического поля. В электрооптическом кристалле поле приводит к появлению периодического изменения Дл, то есть к появлению фазовой дифракционной решетки.

Фазовая дифракционная решетка в кристалле возникает при периодически неоднородном распределении интенсивности света в результате взаимодействия двух оптических лучей - опорного R и сигнального S.

Скрещенные в объеме кристалла лучи R и S образуют интерференционную картину с пространственным периодическим изменением интенсивности света, определяемой классическим выражением [26]:

/ = /0(i)(l + cosAx). (б)

Такое распределение записывающего излучения приводит к появлению в кристалле объемной фазовой синусоидальной решетки, имеющий вид:

An - Дио(0(1+ cos Кх) • (?)

Для случая поглощающих кристаллов, согласно теории Когельника [27] и при выполнении условия Вульфа - Брэгга (7), выражение для определения эффективности дифракции (г|) примет вид:

,, 2cos26-j . ....

77 = ехр(-2а2а / cos02)sin {-— [1 — ехр(—«}£/)]}, (8)

COS02«1

где <х\ и 0.2 - коэффициенты поглощения, соответствующие записывающему (Я,) и считывающему (Я2) излучениям; 02 - угол Брэгга для длины волны Я2; d -толщина кристаллической пластинки.

Для измерения дифракционной эффективности использовалось излучение He-Ne-лазвр (Я2 = 0,633 мкм), поляризованное параллельно оси С кристалла.

Связь между изменением коэффициента преломления Апе и полем пространственно неоднородного заряда £ = [Це'ь обусловлена электрооптическим эффектом и для данной оптической схемы имеет вид:

(9)

где Г33 - соответствующая компонента электрооптического тензора. При малых изменениях коэффициента преломления из выражений (8) и (9) следует:

Во всех исследованных образцах ЫМЬОз голографическая запись происходила в течение действия лазерного импульса. При этом чувствительность к го-лографической записи не зависела от температуры кристалла.

Исследуя зазисимость эффективности дифракции от интенсивностей Я и 5 лучей и скорости появления дифракционной решетки под действием света, можно получить информацию о фоторефрактивных свойствах кристалла. По результатам проведенных экспериментальных измерений величин задержки, порога, кинетики образования и релаксации фазовой дифракционной решетки в НК и]\'ЬО?:Ре можно сделать следующие выводы:

]. Фоторефрактивный эффект возникает в момент действия светового импульса (погрешность измерения 5 • 10"9с). Начальный участок образования фазовой решетки, записываемой импульсным излучением (Л = 532 нм) в монокристалле 1Л]МЬОз:Ре, показан на полученной нами осциллограмме (рисунок 2).

Для исследования кинетики образования фазовой решетки в схеме измерения была применена временная задержка дифрагированного сигнала г:, = Ыс = 330 не, где Ь = 100 м - длина сигнального провода, с = 3 • 108м/с - скорость распространения электромагнитной волны в среде. Амплитуда дифрагированного сигнала соответствовала значению ;/=!%, вычисленному по формуле (10).

лгяг/-33 соз26>;

соб в2щ

ц - ехр(-2а2^ 1005 ){

-[1-ехр(-а^)]}2\Е\2. (10)

Рисунок 2 - Временная зависимость интенсивности записывающего (сигнал слева) и дифрагированного излучения (развертка 50 нс/дел)

2. Отсутствует порог в образовании фоторефракционного эффекта при изменении плотности энергии записывающего светового импульса от 0,003 до 0,75 Дж/см2.

3. Во временном диапазоне от 10'7 до 102с не обнаружено релаксации величины дифракционной эффективности фазовой голографической решетки по окончанию действия светового импульса. Существует лишь медленный компонент релаксации дифракционной эффективности около 104с, что позволяет проводить измерения (для данного кристалла) по окончанию процесса голографической записи.

Медленный компонент соответствует максвелловской релаксации пространственного заряда х = г ■ р, где е - диэлектрическая проницаемость; р -удельное сопротивление кристалла.

4. Дифракционная эффективность фазовой голограммы, записанной в ЬЛЧЬОзгРе, квадратично зависит от полной энергии записывающего светового импульса (рисунок 3).

Я К

■о*

5 (а о

-е-■в*

О 2 \

0,25

0,50

0,75 XV, Дж/см

Рисунок 3 - Зависимость дифракционной эффективности фазовой голограммы в ЫЫЬОз.'Ре от полной энергии записывающего лазерного импульса, измеренная на длине волны 633 нм: 1 - концентрация примеси железа в кристалле С = 0,05 вес. %; 2 - С = 0,07 вес. %; 3 - С = 0,14 вес. %

5. Угловая селективность 2А0 объемной фазовой решетки (критерий допустимого отклонения по углу от условия Вульфа - Брэгга для монохроматического коллимированного пучка света) определяется из теории Когельника [27]:

2А0- ^(т])Ап соэ в! сш-г^ыпв-АпЫ, (11)

где АО - отклонение от падения угла Брэгга в воздухе; я - показатель преломления; с/-толщина решетки (в нашем случае - кристалла); >} - дифракционная эффективность до 100 %; <; - изменяется от 0,88 до 0,80.

Зависимость дифракционной эффективности от расстройки относительно угла Брэгга показана на рисунке 4, для двух решеток толщиной 14 мм с периодами 1,93 и 0,75 мкм.

/ 2

—/V у

-0,5 0 0.5

Дб (мин.)

Рисунок 4 - Угловая селективность объемной фазовой голографической решетки в 1Л\|'Ь03:Ре (0,01 вес. %): 1 - период решетки (Л = 1,93 мкм), толщина кристалла 14 мм, ц = 70 %; 2 - период решетки (Л = 0,75 мкм), толщина кристалла 14 мм, ц = 68 %

В диссертации проведены экспериментальные измерения угловой селективности 50 образцов кристалла 1лЫЬ03 с примесями железа и меди, имеющими различное весовое содержание.

Таким образом, результаты экспериментальных измерений угловой селективности ФР в кристалле 1лК'Ь03 (таблица 3) находятся в удовлетворительном согласии с расчетными значениями.

Полученные экспериментально и расчетом значения 2А0 для 8 образцов приведены в таблице 3.

Результаты экспериментов показывают, что эксплуатация кристалла иЫЬОз в температурном интервале от 400 до 600 К, приводит к временной релаксации Ап.

Таблица 3 - Измеренные и расчетные значения угловой селективности фазовой голограммы в ЬГЫЬОз с различной толщиной и разным содержанием примеси

А, мкм Д мм 2 Ь0Ж 2Д#,еор. 5

2,20 14 80 Г11"± 10" Г4" 7"

1,93 3,5 0,5 4'30" ± 10" 4'20" 10"

1,93 14 70 Г12"± 10" 56" 16"

1,31 10 82 1'9"± 10" 53" 16"

0,92 9,5 - 57" ± 3" 40" 17"

0,92 10 16 50" ± 3" 38" 12"

0,75 14 68 27" ± 3" 22" 5"

0,69 14 65 22" ± 3" 20" 2"

Примечание - Экспериментально измеренные и расчетные величины угловой селективности ФР в 1лМЬ03: А - период фазовой топографической решетки; £> -толщина образца; // - дифракционная эффективность голограммы; 2Д0ЗКС и 2Дбтеор -экспериментальная и теоретическая селективности ФР; 8 = 2Двж-2Авпор

Несмотря на широкий температурный разброс, изменение амплитудного значения Дп индуцированным импульсным излучением не происходит.

При разработке и создании ИК ПГС, активным элементом которого использовался кристалл ЫМЬОз, были использованы результаты исследований нелинейно-оптических и элешрооптических характеристик 1лМЬ03 проведенные методом голографии.

В оценке качества кристалла для активного элемента ПГС необходимо учитывать согласованность фаз отдельных волн из диапазона перестройки частоты лазерного излучения. В кристаллах, в которых при прохождении излучения лазера накачки фронт волны искажается, параметрическая генерация не возникает. У большинства образцов кристалла 1л№>Оз, легированными различными элементами с концентрациями от 0,05 до 0,3 вес. %, прошедшие термохимическую обработку и у - облучение, наблюдался медленное изменение показателя преломления вдоль направления распространения луча лазера накачки.

Этими изменениями показателя преломления обусловлены условия фазового согласования, приведенные в уравнениях (12) и (13).

В данной работе проведенные голографическнм методом исследования нелинейно-оптических и электрооптических характеристик кристалла ЫТ^ЬОз, показали:

1.Наиболее высокую эффективность преобразования частоты лазера накачки в частоту параметрического излучения (до 40%, при абсолютном значении энергии выходного импульса равной 50 мДж) достигается в кристаллах иМЬОз легированными ионами серебра и прошедшие длительное у - облучение (до 10 часов).

Однако после нескольких часов непрерывной работы лазера, значение энергии излучения падает до уровня 10 мДж и остается постоянной.

Характер такого поведения параметрического лазера объясняется тем, что под воздействием интенсивного излучения лазера накачки, ионы серебра окисляются и тем самым изменяется спектральная прозрачность,кристалла в диапазоне перестройки параметрического лазера.

2. Высокий энергосъем (до 40 мДж) излучения ПГС обеспечивают также активные элементы, изготовленные из ГлКЬОз легированные железом (> 0,3 вес. %) и медью (> 0,1 вес. %). Для достижения таких показателей необходимы обеспечения специфических условий работы лазера, а именно: активные элементы, должны находится в термостатированном положении, при постоянной температуре от 450 К до 480 К.

Высокая концентрация введенной примеси в кристалле ЫЫЬОз (например, железа (>0,3 вес. %) и меди (>0,1 вес. %)) приводит к смещению его спектральной прозрачности в длинноволновую область.

Характерной особенностью таких активных элементов ПГС является увеличения доли выходной энергии в импульсе холостой волны по отношению к сигнальной волне.

Наличие высокой концентрации металлической примеси (Ре и Си) в кристалле УЫЬОз увеличивает его электропроводность, что ограничивает его ис-

пользования, с одной стороны в качестве активного элемента ПГС для дискретной перестройки частоты электрооптическим способом, с другой стороны, снижает порог механической стойкости кристалла (< 150 МВт/см2) к излучению лазера накачки.

3. Термохимическая обработка, в частности отжиг кристаллов ЫМЬОз с различными примесями в окислительной среде (кислород, при температуре Т = 1 040 °С, I >5 часов) снижает величину НОН, что приводит к повышению порога его механической стойкости (> 250 МВт/см2) к излучению лазера накачки (А. = 1,064 мкм). Одновременно термохимическая обработка снимает напряженности и неоднородные включения в кристалле, что позволяет снизить порог генерации ПГС. Низкий уровень порога генерации и высокий уровень механической стойкости кристалла позволяют повысить энергию лазера накачки, тем самым появляется возможность в линейном режиме повысить выходную суммарную энергию излучения ПГС.

Применения комбинированных методов термохимической обработки, к кристаллам ЫМЬОз с низкими концентрациями примесей (< 0,05 вес. % Бе) был создан активный элемент для параметрического лазера с высокооднородной структурой и суммарной энергией в импульсе до 50 мДж.

Отбор образца из кристалла ЫЫЬОз выбирался исходя из поставленной конечной задачи. Это следует учитывать при разработке электрооптических и акустооптических модуляторов, удвоителей света для мощного лазерного излучения, работающих при высокой температуре кристалла, а также при использовании этих кристаллов в качестве активного элемента в ПГС.

Из сравнения аналогичных параметров нелинейного кристалла КТР с кристаллом ЫМЬОз, следует, что практически по всем нелинейно-оптическим параметрам КТР превосходит 1лМЬ03, что делает его перспективным материалом для параметрической перестройки частоты в ближнем ИК-диапазоне длин волн.

Главными ограничивающими факторами кристалла КТР, как активного элемента ПГС являются его недостаточная прозрачность в области длин волн

больше чем 3,5 мкм и низкая электропроводность, что не позволяет перестраивать частоту параметрического лазера электрооптическим способом.

Первое экспериментальное использование КТР (размерами 8 х 8 х 25 мм) в работе выполнялось по внерезонаторной схеме преобразования частоты УАО:Ш3+-лазера [8].

Зависимость эффекгивности преобразования излучения ПГС от энергии импульса накачки показана на рисунке 5.

О 5(1 1W 150 200

Е, мДж

Рисунок 5 - Зависимость эффективности преобразования излучения (r¡) ПГС (Я = 1,571 мкм) от энергии импульса лазера накачки (Я = 1,064 мкм)

Из графика на рисунке 5 видно, что при низких значениях энергии импульса лазера накачки наблюдается линейный рост эффективности преобразования, со значения энергии 50 мДж наступает замедление роста, а в интервале от 80 до 200 мДж наступает насыщение. При этом изменение r¡ составляет не более 5 %.

Следовательно, для данного типа резонатора максимальное значение коэффициента преобразования ПГС составляет около 40 %, что является достаточно высокоэффективным преобразованием.

Исследования, приведенные во втором разделе диссертации, определили условия эффективного использования нелинейно-оптических свойств кристалла КТР, что позволило применить его для создания ПГС с высокой эффективностью преобразования излучений

В третьем разделе диссертации приведено описание механизмов параметрической генерации света при прохождении интенсивного лазерного излучения через нелинейно-оптическую среду; способов перестройки частоты выходного излучения и методов оптимизации и улучшения спектроскопических и амплитудно-пространственных характеристик параметрических генераторов света ближнего и среднего ИК-диапазона длин волн; а также оптимальных способов применения спектральных фильтров и внешнего постоянного электрического поля для достижения высокой монохроматичности параметрического генератора света с дискретной перестройкой частоты излучения от импульса к импульсу.

При распространении интенсивной когерентной световой волны (волны накачки) через нелинейный кристалл, благодаря неупругому взаимодействию мощного светового поля с нелинейной средой, в которой при нормальных условиях всегда существуют температурные или квантовые флуктуации, происходит возникновение рассеянного излучения с разностной или суммарной частотой, отличной от частоты внешнего поля [28,29].

При определенных направлениях ввода излучения накачки в нелинейную среду, в ней образуются источники переизлучения световых волн на частотах, меньших частоты накачки. Возникшие лучи являются когерентными и распространяются в направлении частоты накачки.

Если частоты со и волновые векторы к взаимодействующих волн удовлетворяют условиям:

сос + <ыЛ = сон\ (12)

А'с + АЛ- = Ан, (13)

то взаимодействие приводит к усилению сигнальной и холостой волн за счет перекачки в них части энергии волны накачки.

Формула (10) определяет условие эффективного трехчастотного параметрического взаимодействия, а формула (11) - условие фазового синхронизма.

На рисунке 6 приведен принцип возникновения этих частот в нелинейном кристалле.

Рисунок 6 - Когерентное рассеяние света: а>„, о)х и о)0 - частоты накачки, холостой и сигнальной волн, соответственно

Интенсивность поля излучения на выходе нелинейной среды на частотах а>с и (Ох в основном обусловлена интенсивностью излучения накачки, а также фазовыми соотношениями волн накачки и генерации.

Полагаем, что частоты и волновые векторы трех рассматриваемых когерентных волн удовлетворяют условиям (12) и (13). Существует область значений частоты <ос (а, следовательно, и частоты сц,), для которой имеет место нарастание амплитуд сигнальной и холостой волн, по мере их распространения по нелинейному кристаллу. Это и есть явление параметрического усиления. Если условие синхронизма выполнено, то энергия волны накачки передается сигнальной и холостой волнам.

Практическое использование свойств НК становится возможным, если поместить, нелинейный кристалл внутрь оптического резонатора и ориентировать его таким образом, чтобы ось резонатора совпадала с направлением синхронизма для волн согласно формулам (12) и (13).

Интенсивной оптической волной, накачивая НК, в резонаторе можно возбуждать параметрическую генерацию.

Необходимо отметить, что именно оптический резонатор позволяет выделить те конкретные частоты а>с и ед, на которые разлагается накачиваемая частота.

Таким образом, параметрическая генерация возбуждается только при совпадении направления синхронизма с осью резонатора. Это означает, что перестройку параметрической частоты можно осуществить, изменяя дисперсионные свойства нелинейного кристалла, что достигается различными внешними воздействиями [30]. Диапазон перестройки частот генерируемых волн определяется соблюдением условия синхронизма (12) и (13).

Наибольшее практическое применение получили ПГС с угловой перестройкой частоты, при которой, плавно поворачивая кристалл внутри резонатора вокруг вертикальной оси, можно изменять угол между оптической осью кристалла и направлением пучка накачки.

Также можно достичь перестройки частоты излучения, изменяя температуру нелинейного кристалла (температурная перестройка). Это связано с тем, что при изменении температуры кристалла искривляются поверхности волновых векторов, поэтому изменяется угол синхронизма.

Угловая перестройка может осуществляться с большей скоростью, чем перестройка температурой.

Изменения оптической индикатрисы кристалла можно достичь, поместив кристалл во внешнее электрическое поле (электрооптическая перестройка), под действием которого меняется направление оси синхронизма, что приводит к перестройке частоты излучения ПГС.

В работе была реализована схема трехзеркального кольцевого резонатора с возможностями одновременной угловой и электрооптической перестройки частоты излучения ПГС [8-10, 15].

Оптическая схема такого резонатора приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Оптическая схема кольцевого резонатора ПГС: УАО:№э+-лазер накачки; НК - нелинейный кристалл из ЫЫЮз; М1, М2, МЗ - зеркала; ЭФП - эталон Фабри - Перо; ПГ - поглотитель излучения лазера накачки; озс, сц, а>„ - сигнальная и холостая частоты и частота лазера накачки

Излучение лазера накачки входит в резонатор ПГС через плоское зеркало М1. Активный элемент из кристалла УМЮз размерами 10 х 10 х 30 мм ориентирован 0 = 47°, (р = - 90°. Тип взаимодействия - еео.

НК устанавливается на платформе, вращаемой шаговым двигателем, и может вращаться вокруг вертикальной оси с точностью до 3 агсБес, обеспечивая плавную перестройку длины волны выходного излучения ПГС. Имеется также

возможность дискретной перестройки длины волны ПГС. Она обеспечивается подачей высокого постоянного электрического напряжения на нерабочие поверхности НК. Для этого на соответствующих поверхностях НК нанесены электроды. Значение дискретной перестройки длины волны может варьироваться в пределах от 0 до 12 нм.

Экспериментальные измерения энергии импульса ПГС, в зависимости от длин сигнальной и холостой волн, приведены на рисунке 8.

Е, мДж

1.3 2 3 4 л

0 4 А., МКМ

Рисунок 8 - Распределение энергии излучения ПГС в сигнальной и холостой волнах: 1 - сигнальная волна; 2 - холостая волна

Нелинейный характер такой зависимости выходной энергии от длин сигнальной и холостой волны перестройки ПГС обусловлен несколькими факторами, главным из которых является спектр пропускания зеркал резонатора.

Контроль и измерение длины волны излучения ПГС осуществлялись ин-терферометрическим методом. Измеряемая длина волны излучения лазера

-й- 2 Г

1 1

сравнивается с определенной линией молекулярного перехода вещества, через которое проходит лазерное излучение (например, через кювету с метаном).

Одна из главных целей данной работы состоит в получении спектра излучения перестраиваемого лазера с минимально узкой шириной линии [11-13].

Дополнительное сужение спектральной ширины излучения здесь достигается введением в резонатор ПГС селективного по длинам волн пропускающего фильтра в виде эталона Фабри - Перо (ЭФП).

ЭФП действует непосредственно на сигнальную волну, автоматически сужая и холостую. Настройка полосы пропускания ЭФП на необходимую спектральную линию осуществляется путем углового вращения его оси относительно направления падающего на него излучения.

ЭФП устанавливается внутри резонатора и синхронно с активным элементом поворачивается вокруг вертикальной оси, тем самым, обеспечивая дополнительное сужение спектральной линии лазерного излучения.

На рисунке 9 приведены спектрограммы произвольных холостых волн (Л01 = 3,383 мкм; Л02 = 3,391 мкм).

Из сравнивающих спектров (рисунок 9) видно, что селектирующий фильтр ЭФП дополнительно сужает спектр излучения ПГС приблизительно в 5 раз. Аналогичный спектр можно получить и для произвольной величины сигнальной волны в диапазоне от 1,41 до 1,85 мкм.

Таким образом, перестраиваемый параметрический генератор, использующий селектирующий фильтр в виде ЭФП, обладает улучшенными спектроскопическими, энергетическими и пространственными характеристиками.

В четвертом разделе диссертационной работы представлен теоретический анализ лидарного уравнения и способов его решения в соответствии с поставленными задачами; приведено подробное описание разработанного ИК-лидарного комплекса [13], основой которого является ПГС.

В четвертом разделе также приведены первые данные дистанционного измерения концентрации и спектров поглощения некоторых компонентов атмосферы и анализ полученных результатов.

а) без ЭФП (Л01 = 3,383 мкм); Ду =3,6 см'1;

б) с ЭФП (Л02 = 3,391 мкм); Ду, = 0,69 см'1

Рисунок 9 - Спектры излучения холостой волны ПГС

Рассеянное в результате взаимодействия с компонентами атмосферы излучение несет информацию о некоторых их параметрах. Эта информация содержится в энергетических, спектральных и поляризационных характеристиках рассеянного (в том числе в обратном направлении) сигнала.

Из различных методов регистрации обратно рассеянного сигнала наиболее эффективным является метод дифференциального рассеяния и поглощения, при котором сравниваются два обратно рассеянных лазерных сигнала с частотами У\ и г2, где V, - центральная частота линии поглощения интересующей молекулы; \>2 — частота в крыле этой линии [32].

Рассмотрим лазерный импульс, который проходит атмосферную трассу, рассеивается топографической мишенью и поступает на вход фотоприемника, установленного вблизи излучателя.

Рассеянную мощность, регистрируемую фотоприемником за время / = 2Л/с, можно найти с помощью известного лидарного уравнения [21]:

Р(я,0 = ^(я)/7(я^,я,/г)7'(я>я)^(л)/(л)^(/г)-^-, (н)

2Я

где - телесный угол, в котором осуществляется прием сигналов оптической системой; А0 - площадь зеркала объектива; Я - расстояние от лидарной системы до топографической мишени; Т(Л, К) - коэффициент пропускания атмосферы для длины волны Л на пути Я; с(Л) - коэффициент спектрального пропускания приемной оптической системы; £(/?) - коэффициент перекрытия (геометрический форм-фактор); г/, - длительность лазерного импульса; Я/. - длина волны лазера; Л, Я) - объемный коэффициент обратного рассеяния; А ¡(Р.) -площадь перекрытия лазерного импульса с полем зрения приемного телескопа

пт Е^Л)

на расстоянии й от лидара,^/_ л / т> \ > & - выходная энергия лазер-

г1.л1\к)

ного импульса.

Выразив уравнение (14) через рассеиваемую энергию лазерного импульса, регистрируемую за время отклика детектора т(/, получим:

= (15)

2 Я2

Уравнение (15) - основное лидарное уравнение для рассеяния. Для случая упругого рассеяния (Ми или Рэлея) длина волны наблюдения Я совпадает с длиной волны лазера и для мощности принятого приемником рассеянного излучения:

Р(ЯЛ) = Р&чШЮ^^ЯЧ'ЮехрС^ (16)

2Я1 о

где к(Лс,Я) - двухпроходный коэффициент ослабления.

Формула (14) является лидарным уравнением для упругого рассеяния.

Совместное применение лидарного уравнения для рассеяния и поглощения приводит к селективному измерению содержания конкретного компонента атмосферы. Здесь возможны два способа получения сигнала ДПР. В обоих случаях используют два лазерных импульса с длинами волн Я и Я + ДЯ (где ДЯ « Я). В одном способе используется упругое рассеяние от атмосферных аэрозолей и включений, во втором способе - рассеянное лазерное излучение поступает на фотоприемник от топографической мишени.

Если использовать Я/, = Я и Х,„ = Я/, + ДЯ и отношение двух сигналов с к Я,,., то из уравнения (14) можно получить следующее выражение:

МЖЛоЛ (17)

Предполагается, что мощности лазера на длинах волн Я0 и Я„, одинаковы.

В нашем случае было использовано дифференциальное поглощение в сочетании с обратно рассеянным сигналом, полученным от топографической мишени [14]. Это значительно повышало чувствительность в определении интегральной концентрации молекул.

Знание интегральной концентрации молекул определяется выражением [33]:

= (18)

Учитывая слабую зависимость к и /? от ДЯ, уравнение (18) упрощается и для мощности сигнала ДПР получится соотношение:

ДДо,/) = — к(Ао> кущ, (19)

Ч Яг п о

где р5 - эффективность рассеяния топографической мишени; Л? - расстояние от лидара до топографической мишени.

Лидарное уравнение (19) позволяет вычислить значение пространственно распределенной концентрации молекул (18), определение которой обусловлено многими параметрами, а именно: коэффициентом поглощения молекулы, энергией и шириной лазерного излучения на длинах волн и Х„, атмосферными характеристиками, параметрами приемной оптической системы и характеристиками регистрирующей аппаратуры.

Каждый из этих параметров вносит свое определенное ограничение в лидарное уравнение при вычислении порогового значения интегральной газовой концентрации.

С учетом основных влияющих факторов на лидарное уравнение при ДПР можно утверждать:

- за время действия лазерного импульса резкого изменения параметров, входящих в лидарное уравнение, не происходит, так как время регистрации обратно рассеянных сигналов на длинах волн и 1% сравнимо с длительностью лазерного импульса;

- коэффициент ослабления - не связанная с молекулярным поглощением бесконечно малая величина и ею можно пренебречь;

- лазерное излучение должно и\.еть спектральную ширину более узкую, чем спектральная ширина колебательно-вращательной полосы поглощения исследуемой молекулы;

- минимальное значение энергии лазерного импульса, определяемое соотношением:

должно быть заметным по сравнению с шумами.

В наших экспериментах £тш > 10 мДж и (с/ш)тт =1,5.

Фотография разработанной ИК-лидарной системы и ее оптическая схема приведены на рисунках 10 и 11, соответственно.

шив kr мвея ® i

ЁШШ ШШШ

Рисунок 10 - Внешний вид ИК-лидара

/ / / / \

— 7 : s.-. :•:•:•:•

V -I

Рисунок 11 - Оптическая схема ИК-лидара

Рабочие характеристики лидарной системы определялись путем экспериментальных измерений концентраций исследуемых молекул в атмосфере воздуха.

На рисунке 11 основная часть пучка излучения ПГС 2 после расширения и коллимирования 4 направляется на топографическую мишень по атмосферной трассе, газовый состав которой исследуется. Конструктивно лазерный излучатель с приемным телескопом 11 установлены на компьютерно-управляемой двухкоординатной платформе. Микрометрическим винтом устанавливается высокоточное совпадение поля лазерного излучения с полем зрения приемного телескопа, контроль совпадения осуществляется с помощью CCD камеры. Рассеянное от топографической мишени излучение принимается 30-сантиметровым телескопом Ньютона II, на фокальной плоскости которого помещается криогенный InSb-фотоприемник 12.

Поступающие на фотоприемник сигналы обрабатываются в АЦП 9, и на экран монитора персонального компьютера 10 выводится реальный спектр поглощения газов атмосферы.

В качестве экспериментально исследуемого и доступного загрязнителя воздуха была выбрана молекула метана (СН4) [16, 17], содержание которой в городской атмосфере в среднем соответствует 1,7 рргп. Известно [34], что из четырех основных колебательно-вращательных полос поглощения метана наиболее интенсивной является валентная колебательная v3 полоса с центральной (2-ветвью (3 020 см"1), попадающая в диапазон (от 1,4 до 4,2 мкм) перестройки параметрического лазера. Для измерения концентрации метана с высокой точностью и чувствительностью необходимо было провести предварительные расчетные и экспериментальные работы по измерению спектра пропускания атмосферы в диапазоне длин волн от 3,25 до 3,45 мкм с разрешением лучше, чем ширина отдельных линий Р-, Q- и Л-ветвей v3 полосы поглощения метана [18].

На рисунке 12 приведены расчетный спектр поглощения v3 полосы метана при концентрации 1,7 ррт на расстоянии 2 км и суммарный спектр поглощения СН4 и Н20, с учетом ширины излучения зондирующего лазера 3,0 см"1 при постоянном сканировании с шагом 0,1 см"1.

* /г £

" V к \!

А, мкм

Рисунок 12 - Расчетные спектры поглощения СН4 (а) и СН4 + Н2 (Ь)

На рисунке 13 приведены экспериментально измеренный спектр полосы метана и интегральный спектр поглощения атмосферы в диапазоне длин волн от 3,25 до 3,45 мкм (с шагом сканирования 0,1 см'1). Основными поглотителями излучения в этом диапазоне являются СН4 и Н20.

л ^ л

Л | 1 \

<> I!

3,45 3,40 3,35 3,30 к, мкм

Рисунок 13 - Измеренные спектры поглощения СН4 (а) и атмосферы на расстоянии 2 200 м (Ь)

При сравнении расчетного (спектр а на рисунке 12) и измеренного в открытой атмосфере (спектр Ъ на рисунке 13) спектров можно отметить хорошее частотное совпадение отдельных линий P-, Q- и R-ветвей 1>з полосы метана в пределах допустимой гтогрешности экспериментальных данных (около 2 %).

Также хорошо коррелируются относительные интенсивности отдельных линий Р- и /?-ветвей.

Из спектра пропускания атмосферы видно, что для вычисления концентрации' метана можно использовать лишь ветвь Р10, которая расположена в прозрачной области атмосферы. Поэтому длина волны первого импульса излучения ПГС устанавливается на максимум поглощения линии PIO (vmax), а следующий импульс дискретно перестраивается на нулевой уровень этой линии (vmi„).

Обратно рассеянные сигналы этих частот поступают на фотодетектор, оцифровываются в АЦП, и относительные сигналы выводятся на экран монитора персонального компьютера. По интенсивностям этих сигналов, согласно (18), можно вычислить среднюю концентрацию атмосферного метана.

Результаты обработки экспериментального и расчетного спектров поглощения атмосферы в диапазоне длин волн от 3,25 до 3,45 мкм на расстоянии до 2,2 км от лидарного комплекса приведены в таблице 4.

В таблице 4 Av представляет собой полуширину линий Р-ветви на уровне 0,5 максимальной величины интенсивности, где Av3KC. и Avpac4 полуширины экспериментального и расчетного спектров, соответственно.

Абсолютное значение спектрального смещения определяется формулой:

Avc„ = | Av3KC - Avpac4 |. (21)

Относительная погрешность несовпадения центральных частот расчетного (И) расч.) и экспериментального (vo3KC.) спектров отдельных линий P-, Q- и R-ветвей Уз полосы метана не превышает ±0,13 %.

Таблица 4 - Расчетные и экспериментальные ширины и интенсивности линий Я-ветви полосы поглощения метана

Ветвь А^кс, И)расн > Ц> Экс.> ^расч.) ЛкС.э

см см см СМ СМ отн. ед. оти. ед.

О 5,200 7,790 2,59 3015,90 3014,60 0,91 0,630

Р\ 3,200 - - 2999,76 3008,14 0,13 -

Р2 4,460 - - 2987,62 2995,30 0,24 0,075

РЗ 3,790 5,080 1,29 2976,19 2981,25 0,27 0,094

РА 3,780 3,785 0,05 2969,86 2970,49 0,27 0,074

Р5 4,370 5,010 0,64 2957,35 2959,80 0,34 0,188

Р6 3,110 6,210 3,10 2947,37 2948,61 0,34 0,014

Р1 3,085 4,930 1,85 2937,47 2936,24 0,34 0,280

Р8 3,670 - - 2926,16 2931,31 0,34 0,190

Р9 3,640 4,850 1,21 2914,82 2910,61 0,36 0,140

Р10 3,620 4,830 1,21 2906,94 2905,77 0,19 0,190

Вместе с тем, из экспериментального спектра (рисунок 13) видно, что {9-ветвь и отдельные линии Р-ветви уширены и искажены по форме. Это можно объяснить тем, что уширения линий поглощения за счет соударений между молекулами сильно искажают их форму. Так как реальный спектр поглощения атмосферы является суперпозицией различных спектральных линий, линия всей системы уширяется без уширения каждой отдельной линии [34].

На рисунке 14 приведены относительные обратно рассеянные сигналы метанового потока, зарегистрированные вблизи лидарного комплекса (а) и от топографической мишени (Ь) на расстоянии 2,2 км на средней высоте 50 м от поверхности Земли.

В момент, когда из баллона выпускается метан, лидарный приемник регистрирует резкое увеличение сигнала, уровень которого отличается от фонового, до тех пор, пока существует утечка метана. После прекращения выпуска газа, сигнал падает до фонового уровня. Измерения проводились по усреднению 10 импульсов на каждую точку, при частоте повторения импульсов лазера 25 Гц.

« \ ш

о л

% в

* 4

«%'

,-5 Т.

■ИВ ■ ■

100

К ■

£5!

Мрмгп-М

116

1ё«5

йй ■ 100 ■■ ;■■■•. т . гсо

(Л Ме&и^гШгН сн4-рйл/ v л>,.. '-.■:'■••■'■ .

Рисунок 14- Измерение концентрации метана вблизи (а) и на расстоянии (Ь) 2,2 км от лидарного комплекса

Основные технические параметры ИК-лидара

Тип лазера..........................................УАС:Ш+3 с ПГС

Длина волны перестройки.......................от 1,41 до 1,85 мкм;

от 2,9 до 4,1 мкм

Энергия в импульсе...............................от 1 до 40 мДж (в зависимости от

длины волны излучения)

Спектральная ширина излучения:

без ЭФП........................................от 3 до 3,5 см"1

с ЭФП..........................................от 0,6 до 0,9 см"1

Частота повторения импульсов...............от 20 до 30 Гц

Переключение длины волны...................от 0 до 12 им

Длительность импульса........................10 не

Расстояние до мишени...........................от 2 до 5 км

Чувствительность регистрации............... 1 ррт по интегральной трассе (метан)

Угол вращения платформы по горизонтали ..±30°

Угол вращения платформы по вертикали....от-10° до +25°

Точность установки платформы на объект..0,8 мрад

Данный лидарный комплекс позволяет регистрировать спектры поглощения газов, колебательно-вращательные полосы, составные частоты или интенсивные изолированные линии которых попадают в диапазон перестройки лазерного излучения (от ] ,4 до 4,2 мкм).

В диссертационной работе приведены спектры поглощения отдельных линий и полос различных молекул, таких как NO2, N0, СО, С02 и др., полученные в лабораторных условиях.

Таким образом, продемонстрирована возможность дистанционного определения состава и концентрации молекул атмосферных газов с помощью ИК-лидара, основанного на перестраиваемом по частоте ПГС.

В. целом, результаты испытаний разработанного лидарного комплекса подтверждают правильность концепций, использованных при создании теоретических и физико-технических основ комплекса.

Достигнутый уровень параметров дистанционного определения концентраций малых примесей в атмосфере подтверждает современный характер исследований и их практическую значимость.

Заключение

Основные научные результаты работы сводятся к следующим.

1. Исследованы и проанализированы пространственно-временные и амплитудные характеристики YAG:Nd3\ria3epa на основе неустойчивого телескопического резонатора. Совокупность основных технических параметров такого лазера: выходная энергия в импульсе 180 мДж, длительность импульса 10 не, модовый состав ТЕМооь расходимость излучения 0,8 мрад, спектральная ширина 0,01 см'1 позволяет использовать его в качестве излучателя в лидарных системах.

2. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что наведенная оптическая неоднородность в нелинейном кристалле ЫМЬОз, индуцированным импульсным лазерным излучением, возникает в момент начала действия светового импульса (погрешность измерения <5 • 10"9с); отсутствует порог

образования НОН при изменении плотности энергии записывающего светового импульса от 0,003 до 0,75 Дж/см2. Изменения внешних влияющих факторов в широком диапазоне (температурный нагрев кристалла в интервале от 400 до 600 К, термохимическая обработка в окислительной и восстановительной средах, варьирование содержания примеси в кристалле от 0,01 до 0,3 вес. %, у-облучение кристалла) не приводят к изменению амплитудного значения НОН в кристалле ЫЫЬОз- Показано, что динамический диапазон времени релаксации НОН обусловленного внешними факторами находится в интервале от Ю"1 до 104 с, а величина дифракционной эффективности НОН в ЫЫЬОз^е квадратично зависит от полной энергии светового импульса и пиковой мощности излучения.

3. Разработаны теоретические и физико-технические основы создания высокоэффективных перестраиваемых ИК ПГС на основе нелинейно-оптических кристаллов ЫЫЬОз. Экспериментально показано, что кольцевые резонаторы являются оптимальными для получения высоких амплитудно-временных и пространственных характеристик параметрических лазеров.

Разработана и реализована трехзеркальная кольцевая схема резонатора инфракрасного ПГС на основе нелинейно-оптического кристалла ииобата лития или КТР.

Экспериментально подтверждена возможность одновременной реализации угловой и электрооптической перестройки частоты параметрического лазера от импульса к импульсу. Показана принципиальная возможность сочетаемости двух последовательных лазерных импульсов на разных длинах волн.

Экспериментально подтверждена возможность сужения спектральной линии излучения ПГС с использованием селектирующего фильтра на основе ЭФП. Ввод ЭФП в резонатор сужает спектральную ширину излучения ПГС от 5 до 8 раз во всем диапазоне перестройки.

Основные параметры ПГС: выходная энергия в импульсе (50 мДж), эффективность преобразования (27 %), расходимость излучения (3,5 мрад), спектральная ширина излучения (от 0,6 до 0,9 см"'\ диапазон перестройки длины волны Л (от 1,41 до 4,24 мкм) - соответствуют современному техническому уровню.

4. Разработан и реализован ИК-лидарный комплекс с плавным и (или) дискретным зондированием атмосферы, что обеспечивает возможность использования дифференциального метода для анализа состава газовых сред и повышению точности этого анализа. Плавная перестройка длины волны достигнута угловым вращением нелинейного кристалла вокруг вертикальной оси, а для дискретной перестройки нелинейный кристалл помещается во внешнее постоянное электрическое поле. Шаг дискретной перестройки варьируется от 0 до 12 нм от импульса к импульсу, который определяется величиной внешнего поля.

5. Проведены теоретические расчеты интенсивностей, спектральных сме-.щений и искажений спектров поглощений молекул атмосферы и примесей, имеющих валентные или деформационные колебательно-вращательные переходы в диапазоне перестройки ПГС, что позволило обнаружить и использовать в экспериментах «микроокна» прозрачности в зонах непрозрачной атмосферы. Результаты расчетных работ согласуются данными измерений.

6. Методом ДПР измерены концентрации малых газовых составляющих атмосферы. Показано, что в открытой атмосфере измерение полного колебательно-вращательного спектра поглощения v3 полосы метана невозможно. Это связано с тем, что область Л-ветви находится в непрозрачной части атмосферы; О-ветвь и ближние к ней линии /"-ветви недостаточно видны и деформированы. Только дальние линии Р-ветви (Р7, Р9 и Р10) находятся в области прозрачности атмосферы, а следовательно, дистанционные измерения концентрации метана возможны только на этих линиях. Зарегистрированная пороговая концентрация метана по открытой атмосферной трассе с расстояния 2,2 км от лидарного комплекса находятся на уровне 1,7 ррт.

7. Научные результаты, полученные в диссертации, рекомендуются к использованию в научных и научно-исследовательских организациях, в которых ведется дистанционное зондирование газовых сред в режиме реального времени (в том числе атмосферы Земли) в области среднего и ближнего ИК-диапазона электромагнитных волн.

Список опубликованных работ, отражающих основное содержание диссертации

1. Айрапетян, B.C. Временная зависимость фоторефракционного эффекта в ниобате лития, легированном железом [Текст] // B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, Е.В. Пестряков // Письма в ЖТФ, т. 2, вып. 17. - 1976.С. 802-804.

2. Айрапетян, B.C. Скоростная голографическая запись в ниобате лития [Текст] // B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, В.Н. Ищенко // IV Всесоюзная Вавилов-ская конференция по нелинейной и когерентной оптике, 25-29 июня 1985 г., Новосибирск. - С. 132-135.

3. Айрапетян, B.C. Способ обработки голографической регистрирующей среды из кристалла ниобата лития [Текст] // B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, Л.С.Ибрагимова, С.И. Маренников, Е.В. Пестряков // А.С. СССР № 585753 от 29.08.1977 г.

4. Айрапетян, B.C. Способ обработки голографической регистрирующей среды из кристалла ниобата лития [Текст] // B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, Л.С. Ибрагимова, С.И. Маренников, Е.В. Пестряков // А.С. СССР № 586731 от 07.09.1977 г.

5. Айрапетян, B.C. Способ создания голографической регистрирующей среды [Текст] // B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, В.Н. Лисицин, П.Г. Пасько // А.С. СССР №824777 от 22.12.1980 г.

6. Айрапетян, B.C. Способ создания голографической регистрирующей среды [Текст] // B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, В.Н. Лисицин, П.Г. Пасько // А.С. СССР №915608 от 23.11.1981 г.

7. Айрапетян, B.C. Влияние термохимической обработки на голографиче-скую запись в ниобате лития [Текст] // B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, Е.В. Пестряков // Письма в ЖТФ, т. 2, вып. 18. - 1980. - С. 914-918.

8. Айрапетян, B.C. Tunable ОРО for differential absorption LIDAR's [Text] // V.S. Ayrapetian, G.M. Apresyan, K.A. Sargsyan, Т.К. Sargsyan // Conference «The Laser Applied and Technology - 2002», Moscow (2002), p. 89.

9. Айрапетян, B.C. ИК ПГС с плавной и скачкообразной перестройкой длины волны [Текст] // B.C. Айрапетян, Г.М.Апресян, А.В. Акопян, Э.М. Погосян, А.Г. Саакян, К.А. Саргсян, Т.К. Саргсян // VI Международная конференция «Лазерная физика-2005», 11-14 октябрь 2005 г., г. Аштарак, Армения, с. 67-69.

10. Айрапетян, B.C. Параметрический генератор света с плавной и (или) дискретной перестройкой частоты излучения [Текст] // B.C. Айрапетян // Оптика атмосферы и океана. - 2008. - Т. 21, № 10. - С. 906-909.

11. Айрапетян, B.C. ИК-Лидарное зондирование атмосферных газов [Текст] // B.C. Айрапетян, Г.М. Апресян, А.В. Акопян, Э.М. Погосян, А.Г. Саакян, К.А. Саргсян, Т.К. Саргсян // VI Международная конференция «Лазерная физика-2005», 11-14 октября 2005 г., г. Аштарак, Армения, с. 37-43.

12. Айрапетян, B.C. ИК-лидар на основе ПГС [Текст] // B.C. Айрапетян, Г.М. Апресян, А.В. Акопян, Э.М. Погосян, А.Г. Саакян, К.А. Саргсян, Т.К. Саргсян // XII международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Атмосферная физика», 27-30 июня 2005 г., г. Томск, с. 130-133.

13. Айрапетян, B.C. IR Lidar based on OPO [Text] // V.S. Ayrapetian, A.V. Hakobyan, G.M. Apresyan, E.M. Poghossyan, A.H. Sahakyan, K.A. Sargsyan, Т.К. Sargsyan//Proc. SPIE, vol. 6160, Feb 2006, p. 708-713.

14. Айрапетян, B.C. Измерение спектров поглощения атмосферного метана лидарным комплексом с перестройкой длины волны излучения в диапазоне 1,41-4,24 мкм [Текст] // B.C. Айрапетян // Журнал прикладной спектроскопии. - 2009. - Т. 76, № 2. - С. 294-299.

15. Айрапетян, B.C. Внерезонаторная параметрическая генерация с плавной и (или) дискретной перестройкой частоты излучения [Текст] // B.C. Айрапетян // Вестник НГУ сер. Физика № 3 2009 с. 20-24.

16. Айрапетян, B.C. Measurement of Absorption Spectra for Atmospheric Methane by a Lidar System with Tunable Emission Wavelength in the Range 1.41 -4.24 um [Text] // V.S. Ayrapetian Journal of Applied Spectroscopy: vol. 76, issue 2 (2009), p. 268 -274 SpringerLink, N.-Y.

17. Айрапетян, B.C. ИК - лидарное исследование малых концентраций атмосферных газов [Текст] // B.C. Айрапетян // Материалы международной научно-технической конференции «Геодезия, картография и кадастр - XXI век» 25 -27 мая 2009, с.257 - 263 Москва.

18 Айрапетян, B.C. Расчетные и дистанционно-измеренные спектры поглощения v3 полосы метана и их анализ [Текст] // B.C. Айрапетян // Вестник НГУ сер. Физика № 3 2009, с. 25-29.

Список использованных источников

19. Зуев, В.Е. Распространение лазерного излучения в атмосфере. М.: Радио и связь, 1981.-288 с.

20. Матвиенко, Г.Г., Пономарев, Ю.Н. Спектроскопические проблемы дистанционного анализа индустриальных выбросов по спектрам СКР / В.М. Клим-кин, М.М. Макогон, Г.Г. Матвиенко, Ю.Н. Пономарев // в кн. Оптическая спектроскопия и стандарты частоты, Томск. Изд. ИОА СО РАН, 2004.-722 с.

21. Межерис, Р. Лазерное дистанционное зондирование. - М.: Мир, 1987. С. 550.

22. Виноградова, М.Б. Теория волн / М.Б. Виноградова, О.В. Руденко, А.П. Сухорукое. - М.: Наука, 1979.

23. Rothman L.S., Camache R. R., Tipping R.N., e. a. The HITRAN Molecular Database: edition of 1992, JQSRT., 1992, V48, P469-507.

24. Dmitriev V.G., Gursadyan G.G., Nikogosyan D.N. "Handbook of Nonlinear Optical Crystals" 345, (Springer, New York, 1999).

25. Chen Y.F., Chen S.V., Chen Y.C., Lan Y.P., Tsai S.W. Appl. Phys. B, 77(2003)493-495.

26. Loudon R. The Quantum Theory of Radiation, Clarendon Press, Oxford, England, 1954.

27. Kogelnik H. Coupled wave theory for thick hologram gratings.- Bell Syst. Tech. J., 1969, v.48. #7, p. 2909-2947.

28. Ахманов, С.А. Об одной возможности усиления световых волн / С.А. Ахманов, Р.В. Хохлов// ЖЭТФ. - 1962. - Т. 43, № 1. С. 351-353.

29. Kroll N.M. Parametric amplification in spatially extended media and amplification to the design of tunable oscillators at optical frequencies // Phys. Rev. 1962. v. 127, #4, p. 1207-1211.

30. Дмитриев, А.К. Каскадный режим осцилляций в оптическом параметрическом осцилляторе / Франко Вонг, П.И. Горелик, А.К. Дмитрев, Ж.Ж. Зон-ди, Д.Б. Колкер // Квантовая Электроника. - 2004. - т. 39, № 5, с. 341-344.

31. Schotland R.M. Some Observation of the Vertical Profile of Water Vapor by a Laser Optical Radar, Proc. 4th Symposium on Remote sensing of the Environment 12-14 April 1966, Univ.of Michigan, Ann Arbor, 1966, p. 273-283.

32. Schotland R.M. J. Appl. Meteorol., 13, 71 (1974).

33. Murrey E.R., Byer R.L., Remote Measurements of Air Pollutants, SRI International Report. Jan. 1980.

34. Волькенштейн, M.B. Колебание молекул / M.B. Волькенштейн, J1.A. Грибов, М.А. Ельяшевич, Б.И.Степанов. - М.: Наука, 1972.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора технических наук, Айрапетян, Валерик Сергеевич

Введение.

1 Краткий аналитический обзор современного состояния взаимодействия инфракрасного лазерного излучения с компонентами атмосферы Земли.

1.1 Структура и состав атмосферы Земли.

1.2 Распространение инфракрасного лазерного излучения в атмосфере.

1.2.1 Излучение и поглощение.

1.2.2 Контуры спектральных линий.

1.2.3 Естественное уширение.

1.2.4 Доплеровское уширение.

1.2.5 Уширение и сдвиг спектральной линии, обусловленные столкновениями.

1.2.6 Рассеяние лазерного излучения в атмосфере.

2 Источники лазерного излучения лидарных систем.

2.1 Типы и характеристики лазеров, пригодных для лидаров.

2.2 Газовые лазеры с дискретной перестройкой частоты излучения.

2.2.1 Азотный лазер (N2).

2.2.2 Двуокись углерода (С02).

2.2.3 БР-лазер.

2.2.4 ЫНз-Ыг-лазер.

2.3 Лазеры с плавной перестройкой частоты излучения.

2.3.1 Параметрическое взаимодействие световых волн в нелинейной среде.

2.3.2 Экспериментальные исследования параметров ИК ПГС.

2.3.2.1 Лазер накачки.

2.3.2.2 Измерение параметров излучения лазера накачки.

2.3.3 Нелинейно-оптические кристаллы, используемые в параметрической генерации света.

2.3.3.1 Ниобат лития (ЫИЬОз).

2.3.3.2 Калий титанил фосфат (КТЮР04).

3 Параметрический генератор света ближнего инфракрасного диапазона длин волн

3.1 Способы получения перестройки частоты параметрического лазера.

3.2 Оптические схемы параметрического генератора света.

4 Инфракрасные лидарные измерения параметров атмосферных газов методом дифференциального поглощения и рассеяния.

4.1 Физические принципы инфракрасного лидарного зондирования атмосферы.

4.2 Лидарное уравнение на основе дифференциального поглощения и рассеяния.

4.3 Граничные условия лидарного уравнения и анализ результатов для метода дифференциального поглощения и рассеяния.

4.4 Основные источники погрешностей метода дифференциального поглощения и рассеяния.

4.5 Структурная схема инфракрасного лидара, основанного на методе дифференциального поглощения и рассеяния.

4.6 Расчет частот и форм колебаний многоатомных молекул.

4.7 Анализ экспериментального и расчетного спектров v3 полосы поглощения метана.

4.8 Расчетные спектры поглощения и их анализ для наиболее известных взрывчатых веществ.

Введение диссертация по физике, на тему "Совершенствование методов создания ИК-лидарных систем на основе нелинейно-оптических кристаллов для исследований атмосферных газов"

Общая характеристика работы

Интенсивные исследования в области лазерного дистанционного зондирования, проводимые в последние десятилетия, показали, что лидар (lidar - light identification, detection and ranging) является одним из наиболее перспективных инструментов исследования атмосферных газов и загрязнителей атмосферы.

Дистанционное зондирование с помощью лидарных систем особенно интенсивно начало развиваться после появления импульсных перестраиваемых лазеров, излучающих в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах длин волн и позволяющих решать ряд принципиально важных задач оптической спектроскопии, а именно:

- проводить исследование спектров и релаксации из возбужденных состояний атомов и молекул (лазерное излучение позволяет селективно возбудить в любое квантовое состояние значительную часть атомов и молекул и проследить пути релаксации их в основное состояние, а также измерить время релаксации);

Лазерные дистанционные исследования компонентов атмосферы Земли, проводимые отечественными научными центрами, в том числе Физическим институтом им. П.Н. Лебедева РАН (г. Москва), Институтом оптики атмосферы СО РАН (г. Томск), Институтом спектроскопии РАН (г. Троицк), Санкт-Петербургским университетом, базируются на основе методов флюоресценции, рэлеевского и комбинационного рассеяния.

Существенный вклад в изучение явлений окружающей среды (в частности, конкретных компонентов атмосферы Земли) теоретическими и экспериментальными спектроскопическими методами внесли отечественные ученые: Хохлов В.Р., Ахманов С.А., Зуев В.Е., Фабелинский И.Л., Бункин Ф.В., Матвиенко Г.Г., Пономарев Ю.Н., Васильев Б.И. и др.

Актуальность диссертационного исследования обусловлена необходимостью решения проблемы совершенствования методов создания новых лидарных средств, позволяющих расширить диапазон перестройки длины волны лазерного излучения и повысить чувствительность дистанционного детектирования минимально допустимых концентраций молекул газов ИК-лидарной системой.

Также весьма актуальным представляется исследование параметрических процессов генерации лазерного излучения ближнего и среднего ИК-диапазона и создание на его основе эффективной многочастотной и многофункциональной лидариой системы, позволяющей изучать спектральные свойства молекул газов при нелинейно-оптическом взаимодействии с лазерным излучением.

Цель и задачи исследования

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи, в которые входит:

1) исследование влияния различных факторов (например, ориентации кристалла, концентрации и вида примеси, температуры окружающей среды, термохимической обработки, у-облучения и поляризации излучения лазера) на величину и время хранения наведенной оптической неоднородности (НОН), возникающей в активных элементах параметрического генератора света (ПГС) из нелинейных кристаллов ниобата лития (1л№>Оз) и калия титанила фосфата (КТР);

4) проведение экспериментальных исследований дистанционного измерения малых концентраций газов в условиях открытой атмосферы методом дифференциального поглощения и рассеяния; выполнение сравнительного анализа чувствительности данного метода с другими методами при дистанционном измерении концентраций молекул газов в стандартных условиях;

Объекты и методы исследования

В качестве основных объектов исследования выбраны:

- нелинеино-оптические кристаллы УАО:Ш31", ЫЫЬОз, 1лТаОэ и КТР;

- ИК-параметрический генератор света;

При выполнении работы использованы различные методики, в том числе: фотографические, фотоэлектрические и спектроскопические, а также компьютерное моделирование.

Научная новизна заключается в выявлении и обосновании физических закономерностей и особенностей технологических методов обработки нелинейно-оптических кристаллов и создании на их основе высокоэффективных параметрических генераторов света ближнего и среднего ИК-диапазонов, обеспечивающих дистанционное зондирование атмосферных газов, при этом впервые:

1) разработан системный подход к решению проблемы создания наведенной оптической неоднородности в активном элементе ПГС из нелинейного кристалла ЫМЮз; определено влияние весового содержания введенной в кристалл примеси, температуры, термохимической обработки и у-облучения кристалла на величину и время релаксаций НОН;

2) разработан и реализован новый класс параметрических генераторов излучения на нелинейных кристаллах ЫТЧЬОз и КТР, позволяющих осуществлять плавное и (или) дискретное преобразование частоты накачки лазера в ближний и средний ИК-диапазон, с эффективностью преобразования до 27 % при спектральной ширине менее (или равной) 1 см"1;

4) уровень чувствительности устройств ИК-лидара позволяет реализовать обнаружение органического газа в атмосфере путем дистанционной регистрации обратно рассеянных лазерных эхо-сигналов от топографической мишени хметодом ДПР. На примере атмосферного метана теоретически рассчитан и экспериментально зарегистрирован колебательно-вращательный спектр поглощения Уз полосы с расстояния 2,2 км и определена его интегральная концентрация (по горизонтальной атмосферной трассе на высоте 50 м от поверхности Земли) с чувствительностью не менее 1,7 ррт.

Оригинальность и новизна результатов подтверждаются публикациями в ведущих зарубежных и отечественных физических журналах, включенных в Перечень изданий, рекомендуемых ВАК Минобрнауки РФ.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается использованием современных представлений о параметрическом преобразовании частоты лазерного излучения, а также нелинейного взаимодействия интенсивного лазерного излучения с газовой средой, основанного на общепринятых физических моделях, и подтверждается сопоставлением с наблюдаемыми экспериментальными данными и с результатами численных расчетов.

Практическая значимость результатов работы заключается в создании и оптимизации параметров ИК-лидарной системы, позволяющей плавной и (или) дискретной перестройкой частоты ИК-излучения осуществлять зондирование атмосферных газов в ближнем и среднем ИК-диапазоне. Указанная система может быть использована в качестве приборов физического эксперимента для абсолютных измерений частот лазерного излучения с погрешностью менее 3 • 10"4 см"1, а также найти применение в лидарных системах, в том числе, в военно-технических комплексах. Кроме того, использование высокой чувствительности ИК-лидара на основе одного импульсного параметрического лазера, работающего по методу ДПР, может существенно снизить стоимость этих комплексов и применяться для картирования пространственного распределения молекул загрязняющих веществ в атмосфере.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Утверждается, что оптические искажения в нелинейном кристалле 1лМЮ3, индуцированном импульсным лазерным излучением, возникают в момент начала действия светового импульса (погрешность измерения <5 ■ 10"9с); отсутствует порог образования искажения при изменении плотности энергии записывающего светового импульса от 0,003 до 0,75 Дж/см". Изменения внешних влияющих факторов в широком диапазоне (нагрев кристалла в интервале от 400 до 600 К, термохимическая обработка в окислительной и восстановительной средах, варьирование содержания примеси в кристалле от 0,01 до 0,3 вес.%, у-облучение кристалла) не приводят к изменению амплитудного значения НОН в кристалле 1лМЬ03. Вместе с тем, динамический диапазон времени релаксации НОН, обусловленной внешними факторами, находится в интервале от 10"7 до 104 с.

2. Показано, что комплексирование кольцевого резонатора и спектрального фильтра на основе эталона Фабри - Перо обеспечивает наивысшую монохроматичность и эффективность преобразования основного излучения УАО:Кс1 -лазера в параметрическое излучение ближнего и среднего ИК-диапазона длин волн. Максимальный коэффициент преобразования (> 27 %) со спектральной шириной < 1 см"1 и расходимостью излучения < 3,5 мрад достигается при частоте повторения импульсов ПГС от 25 до 30 Гц.

3. Доказано, что электрооптический и угловой способы изменения угла синхронизма активного элемента ПГС из нелинейных кристаллов LiNb03 или КТР обеспечивают одновременную реализацию плавной и (или) дискретной перестройки частоты излучения параметрического лазера от импульса к импульсу, что служит основой для создания ИК-лидарного комплекса с одним лазером.

4. Разработан ИК-лидарный комплекс, основанный на одном параметрическом лазере и действующий по методу ДПР, который позволяет дистанционно детектировать газовые среды, имеющие колебательно-вращательные полосы поглощения, комбинированные и вращательные частоты в диапазоне перестройки ИК-лидара. Прозрачность атмосферы вблизи длины волны 3,4 мкм позволяет проводить измерения концентрации метана методом ДПР на вращательных линиях Р7, Р9 и Р10. Пороговая концентрация метана по открытой атмосферной трассе с расстояния 2,2 км от лидара зарегистрирована на уровне 1,7 ррш.

1. III Всесоюзная конференция по выращиванию и росту кристаллов, 21-24 сентября 1977 г., г. Кировакан, Арм. ССР.

2. IV Всесоюзная Вавиловская конференция по нелинейной и когерентной оптике, 25-29 июня 1985 г., г. Новосибирск.

3. XV научно-техническая конференция преподавателей СГГА, 15-18 апреля 1996 г., г. Новосибирск.

4. XVI научно-техническая конференция преподавателей СГТА, 22-28 апреля 1997 г., г. Новосибирск.

5. Conference «The Laser Applied and Technology-2002», г. Москва.

6. XII Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Атмосферная физика», 27-30 июня 2005 г., г. Томск.

7. VI Международная конференция «Лазерная физика-2005», 11-14 октябрь 2005 г., Аштарак, Армения.

8. IV Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2008», 22-24 апреля 2008 г., г. Новосибирск.

9. V Международный научный конгресс «ГЕО-Сибирь-2009», 20-24 апреля 2009, г. Новосибирск.

10. Международная научно-техническая конференция «Геодезия, картография и кадастр - XXI век», 25—27 мая 2009 г., г. Москва.

Основное содержание диссертации отражено в 32 научной работе (24 -в соавторстве), в том числе 12 работ опубликовано в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ («Письма в ЖТФ», «Оптика атмосферы и океана», «Журнал прикладной спектроскопии», «Приборы и техника эксперимента»), а также получено 4 авторских свидетельства СССР.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и 3 приложений. Она изложена на 189 страницах машинописного текста, содержит 53 иллюстрации, 18 таблиц и список использованных источников, содержащий 123 наименования, в том числе 68 - на иностранном языке.

Заключение диссертации по теме "Оптика"

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании результатов научных исследований, выполненных в работе, можно прийти к следующим заключениям.

1. Исследованы и проанализированы пространственно-временные и амплитудные характеристики YAG:Nd3+^a3epa на основе неустойчивого телескопического резонатора. Совокупность основных технических параметров такого лазера: выходная энергия в импульсе 180 мДж, длительность импульса 10 нс, модовый состав ТЕМооь расходимость излучения 0,8 мрад, спектральная ширина 0,01 см"1 — позволяет использовать его в качестве излучателя в лидарных системах.

2. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что наведенная оптическая неоднородность в нелинейном кристалле LiNb03, индуцированным импульсным лазерным излучением, возникает в момент начала действия светового импульса (погрешность измерения <5 ■ 10"9с); отсутствует порог образования НОН при изменении плотности энергии записывающего светового гу импульса от 0,003 до 0,75 Дж/см . Изменения внешних влияющих факторов в широком диапазоне (температурный нагрев кристалла в интервале от 400 до 600 К, термохимическая обработка в окислительной и восстановительной средах, варьирование содержания примеси в кристалле от 0,01 до 0,3 вес.%, у-облучение кристалла) не приводят к изменению амплитудного значения НОН в кристалле LiNb03. Показано, что динамический диапазон времени релаксации у

НОН, обусловленного внешними факторами, находится в интервале от 10" до 104с, а величина дифракционной эффективности НОН в LiNbOs:Fe квадратично зависит от полной энергии светового импульса и пиковой мощности излучения.

Разработана и реализована трехзеркальная кольцевая схема резонатора инфракрасного ПГС на основе нелинейно-оптического кристалла ниобата лития или КТР.

Основные параметры ПГС: выходная энергия в импульсе (50 мДж), эффективность преобразования (27 %), расходимость излучения (3,5 мрад), спектральная ширина излучения (от 0,6 до 0,9 см"1), диапазон перестройки длины волны 1 (от 1,41 до 4,24 мкм) - соответствуют современному техническому уровню.

4. Разработан и реализован ИК-лидарный комплекс с плавным и (или) дискретным зондированием атмосферы, что обеспечивает возможность использования дифференциального метода для анализа состава газовых сред и способствует повышению точности этого анализа. Плавная перестройка длины волны достигнута угловым вращением нелинейного кристалла вокруг вертикальной оси, а для дискретной перестройки нелинейный кристалл помещается во внешнее постоянное электрическое поле. Шаг дискретной перестройки варьируется от 0 до 12 нм от импульса к импульсу, который определяется величиной внешнего поля.

5. Проведены теоретические расчеты интенсивностей, спектральных смещений и искажений спектров поглощений молекул атмосферы и примесей, имеющих валентные или деформационные колебательно-вращательные переходы в диапазоне перестройки ПГС, что позволило обнаружить и использовать в экспериментах «микроокна» прозрачности в зонах непрозрачной атмосферы. Результаты расчетных работ согласуются данными измерений.

6. Методом ДПР измерены концентрации малых газовых составляющих атмосферы. Показано, что в открытой атмосфере измерение полного колебательно-вращательного спектра поглощения полосы метана невозможно. Это связано с тем, что область i^-ветви находится в непрозрачной части атмосферы; £)-ветвь и ближние к ней линии Р-ветви недостаточно видны и деформированы. Только дальние линии Р-ветви (Р7, Р9 и Р10) находятся в области прозрачности атмосферы, а следовательно, дистанционные измерения концентрации метана возможны только на этих линиях. Зарегистрированная пороговая концентрация метана по открытой атмосферной трассе с расстояния 2,2 км от лидарного комплекса находятся на уровне 1,7 ррш.

Научные результаты, полученные в диссертации, рекомендуются к использованию в научных и научно-исследовательских организациях, в которых ведется дистанционное зондирование газовых сред в режиме реального времени (в том числе атмосферы Земли) в области среднего и ближнего ИК-диапазона электромагнитных волн.

СПИСОК ОСНОВНЫХ НАУЧНЫХ РАБОТ АЙРАПЕТЯНА B.C., ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Айрапетян, B.C. Временная зависимость фоторефракционного эффекта в ниобате лития, легированном железом [Текст] / B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, Е.В. Пестряков //Письма в ЖТФ. - Т. 2.-Вып. 17.- 1976.-С. 802-804.

2 Айрапетян, B.C. Нестационарный фоторефракционный эффект в легированных кристаллах ниобата и танталата лития [Текст] / B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан // Материалы III Всесоюзной конференции по выращиванию и росту кристаллов. -Кировакан, Арм. ССР, 1977. — С. 121—123.

3 Айрапетян, B.C. Исследование возможности создания системы скоростной голографической записи и запоминание радиосигналов на основе импульсного неодимового лазера и среды из легированных кристаллов LiNb03 и LiTa03 [Текст] / B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, В.Н. Лисицин // Межвуз. сб. трудов Новосибирского государственного университета. — Т. 3. — 1980. — С. 54.

4 Айрапетян, B.C. Выбор оптимальной конструкции элементов памяти из ниобата лития [Текст] / B.C. Айрапетян, З.Е. Алексеева, Л.Б. Воробьева // Прогрессивные методы изготовления современных оптических приборов: Межвуз. сб. трудов. - Т. 20(60). - Новосибирск: НИИГАиК, 1984. - С. 73-77.

5 Айрапетян, B.C. Влияние микродоменной структуры ниобата лития на эффективность голографической записи в элементах оптической памяти [Текст] / B.C. Айрапетян, З.Е. Алексеева, Л.Б. Воробьева // Прогрессивные методы изготовления современных оптических приборов: Межвуз. сб. трудов. — Новосибирск: НИИГАиК, 1987. - С. 46-52.

6 Айрапетян, B.C. Скоростная голографическая запись в ниобате лития [Текст] / B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, В.Н. Ищенко // IV Всесоюзная Вавилов-ская конференция по нелинейной и когерентной оптике. — Новосибирск, 1985. -С. 132-135.

7 Айрапетян, B.C. Способ обработки голографической регистрирующей среды из кристалла ниобата лития [Текст] / B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан,

Л.С. Ибрагимова, С.И. Маренников, Е.В. Пестряков // A.C. СССР № 585753 от 29.08.1977 г.

8 Айрапетян, B.C. Способ обработки топографической регистрирующей среды из кристалла ниобата лития [Текст] / B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, Л.С. Ибрагимова, С.И. Маренников, Е.В. Пестряков // A.C. СССР № 586731 от 07.09. 1977 г.

9 Айрапетян, B.C. Способ создания голографической регистрирующей среды [Текст] / B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, В.Н. Лисицин, П.Г. Пасько // A.C. СССР № 824777 от 22.12.1980 г.

10 Айрапетян, B.C. Способ создания голографической регистрирующей среды [Текст] / B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, В.Н. Лисицин, П. Г. Пасько // A.C. СССР №915608 от 23.11.1981 г.

11 Айрапетян, B.C. Влияние термохимической обработки на топографическую запись в ниобате лития [Текст] / B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, Е.В. Пестряков//Письма в ЖТФ. - Т. 2.-Вып. 18. - 1980.-С. 914-918.

12 Айрапетян, B.C. Диагностика газовых потоков методом СКР и КАКР [Текст] / B.C. Айрапетян, А.Е. Зарвин, В.Ж. Мадирбаев, В.П. Шкляр // Межвуз. сб. трудов Новосибирского государственного университета. - Т. 4. - Новосибирск, 1987.-С. 47.

13 Айрапетян, B.C. Определение локальных характеристик пламени и холодных газовых струй по методу СКР, КАКР и ЛИФ [Текст] / B.C. Айрапетян, А.Е. Зарвин, В.Ж. Мадирбаев, В.П. Шкляр // Межвуз. сб. трудов Новосибирского государственного университета. - Т. 3. - Новосибирск, 1988. - С. 64.

14 Айрапетян, B.C. Регистрирующая среда из ниобата лития, легированного серебром [Текст] / B.C. Айрапетян, З.Е. Алексеева, Л.Б. Воробьева // Материалы XV научно-технической конференции преподавателей СГГА 15-18 апр. 1996 г.-Новосибирск: СГГА, 1996.-С. 78-81.

15 Айрапетян, B.C. Исследование фоторефракции в нелинейно-оптическом кристалле КТР [Текст] / B.C. Айрапетян, З.Е. Алексеева, Л.Б. Воробьева // Материалы XVI научно-технической конференции преподавателей СГГА 2228 апр. 1997 г. - Новосибирск: СГГА, 1997. - С. 43-47.

16 Айрапетян, B.C. Разработка устройств, улучшающих характеристики излучения твердотельных импульсных лазеров [Текст] / B.C. Айрапетян, В.Ю. Кондаков // Материалы XVI научно-технической конференции преподавателей СГГА 22-28 апр. 1997 г. - Новосибирск: СГГА, 1997. - С. 129-133.

17 Айрапетян, B.C. Универсальная малогабаритная вакуумная установка для газокинетических исследований [Текст] / А.Е. Зарвин, Н.Г. Коробещиков, В.Ж. Мадирбаев, Г.Г. Гартвич, В.В. Коляда // Приборы и техника эксперимента. - 2000. - № 5. - С. 64-70.

18 Ayrapetian, V.S. A universal small-sized vacuum installation for gas-kinetic investigations [Text] / V.S. Ayrapetian, A.E. Zarvin, N.G. Korobeyshikov, V.Zh. Madirbaev, G.G. Gartvich, V.V. Kolyada // Instruments and Experimental Techniques. V. 43. - #5. - 2000. - P. 640-646.

19 Ayrapetian, V.S. Tunable OPO for differential absorption LIDAR's" [Text] / V.S. Ayrapetian, G.M. Apresyan, K.A. Sargsyan, Т.К. Sargsyan // Conference LAT-2002, Moscow(2002). p. 89.

20 Айрапетян, B.C. ИК-лидар на основе ПГС [Текст] / B.C. Айрапетян, Г.М. Апресян, А.В. Акопян, Э.М. Погосян, А.Г. Саакян, К.А. Саргсян, Т.К. Саргсян // XII международный симпозиум «Оптика Атмосферы и Океана. Атмосферная Физика», 27-30 июня, 2005 г. - Томск, 2005. - С. 130-133.

21 Айрапетян, B.C. ИК-Лидарное зондирование атмосферных газов [Текст] / B.C. Айрапетян, Г.М. Апресян, А.В. Акопян, Э.М. Погосян, А.Г. Саакян, К.А. Саргсян, Т.К. Саргсян // VI Международная конференция «Лазерная Физика-2005», 11-14 октября 2005 г., г. Аштарак, Армения. - Аштарак, 2005. - С. 37^-3.

22 Айрапетян, B.C. ИК-ПГС с плавной и скачкообразной перестройкой длины волны [Текст] / B.C. Айрапетян, Г.М. Апресян, А.В. Акопян, Э.М. Погосян, А.Г. Саакян, К.А. Саргсян, Т.К. Саргсян // VI Международная конференция «Лазерная Физика-2005», 11-14 октября 2005 г., г. Аштарак, Армения. - Аштарак, 2005. - С. 67-69.

23 Ayrapetian, V.S. IR Lidar based on OPO [Text] / V.S. Ayrapetian, A.V. Ha-kobyan, G.M. Apresyan, E.M. Poghossyan, A.H. Sahakyan, K.A. Sargsyan, Т.К. Sargsyan//Proe. SPIE.-Vol. 6160, Feb 2006.-P. 708-713.

24 Айрапетян, B.C. ИК-лидарное исследование и>з полосы поглощения спектра метана в атмосфере [Текст] / B.C. Айрапетян // Сб. материалов IV международного научного конгресса «ГЕО-Сибирь-2008», 22-24 апреля 2008 г., г. Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2008. - С. 46-51.

25 Айрапетян, B.C. Параметрический генератор света с плавной и (или) дискретной перестройкой частоты излучеиия [Текст] // B.C. Айрапетян // Оптика атмосферы и океана. - 2008. - Т. 21, № 10. - С. 906-909.

26 Айрапетян, B.C. Измерение спектров поглощения атмосферного метана лидарным комплексом с перестройкой длины волны излучения в диапазоне 1.41—4.24 мкм [Текст] / B.C. Айрапетян // Журнал прикладной спектроскопии. — 2009. - Т. 76, № 2. - С. 294-299.

27 Айрапетян, B.C. Расчетные спектры поглощения и их анализ для наиболее известных взрывчатых веществ [Текст] / B.C. Айрапетян, К.А. Фесенко // Сб. материалов V Международного научного конгресса «ГЕО-Сибирь-2009, 22-24 апреля 2009 г., г. Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2009. - С. 46-51.

28 Айрапетян, B.C. ИК-лидарное исследование малых концентраций атмосферных газов [Текст] / B.C. Айрапетян // Материалы международной научно-технической конференции «Геодезия, картография и кадастр - XXI век», 2527 мая 2009 г., г. Москва. - Москва, 2009. - С. 257-263.

29 Ayrapetian, V.S. Measurement of Absorption Spectra for Atmospheric Methane by a Lidar System with Tunable Emission Wavelength in the Range 1.41-4.24 um [Text] / V.S. Ayrapetian// Journal of Applied Spectroscopy: vol. 76, Issue 2 (2009), p. 268-274, SpringerLink, N.-Y.

30 Айрапетян, B.C. Расчетные и дистанционно-измеренные спектры поглощения v3 полосы метана и их анализ [Текст] / B.C. Айрапетян // Вестник НГУ, сер. Физика. - № 3. - 2009. - С. 25-29.

31 Айрапетян, B.C. Внерезонаторная параметрическая генерация с плавной и (или) дискретной перестройкой частоты излучения [Текст] / B.C. Айрапетян // Вестник НГУ, сер. Физика. - № 3. - 2009. - С. 20-24.

32 Айрапетян, B.C. ИК-лидарное исследование малых компонент атмосферных газов [Текст] / B.C. Айрапетян // Геодезия и аэросъемка. — № 5. — 2009.-С. 47-51.

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора технических наук, Айрапетян, Валерик Сергеевич, Новосибирск

1. Зуев, В.Е. Распространение лазерного излучения в атмосфере / В.Е. Зуев. -М.: Радио и связь, 1981.-288 с.

2. Гайтлер, В. Квантовая теория излучения / В. Гайтлер. М.: ИЛ, 1956.

3. Ландау, Л.Д. Теория поля / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. М.: Наука, 1973.

4. Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф. М.: Наука, 1973.

5. Виноградова, М.Б. Теория волн / М.Б. Виноградова, О.В. Руденко, А.П. Сухоруков.-М.: Наука, 1979.

6. Loudon R. The Quantum Theory of Radiation, Clarendon Press, Oxford, England, 1954.

7. Межерис, P. Лазерное дистанционное зондирование атмосферы / P. Ме-жерис. -М.: Мир, 1987.

8. Molina M.J., Rowland F.S. Stratospheric Sink for Chlorofluoromethanes: Chlorine Atom Catalyzed Destruction of Ozone, Nature, 249, 810-812 (1972).

9. Brassington D.J. Sulfur Dioxide Absorption Cross Section Measurements from 290 nm to 713 nm, Appl. Optics, 20, 3774-3779 (1981).

10. Browell E.V., Wilkerson T.D., Mcllrath T.J. Water Vapor Differential Absorption Lidar Development and Evolution, Appl. Optics, 18, 3474-3483 (1978).

11. Rothman L.S., Camache R.R., Tipping R.N., e. a. The HITRAN Molecular Database: edition of 1992, JQSRT., 1992, V48, P. 469-507.

12. Собельман, И.И. О теории ширины атомных спектральных линий / И.И. Собельман//УФН.- 1954.-№54.-С. 551.

13. Margenau Н., Lewis М. Structure of spectral Lines from Plasma, Rev. Mol. Phys. 31, 569, 1959.

14. Чен, Ш. Уширение и сдвиг спектральных линий, создаваемых посторонними газами / Ш. Чен, М. Такео // УФН . 1958. - № 66. - С. 391.

15. Benedict W.S., Kaplan L.D. Journ. Chem. Phys., 1959, v. 30, p. 388.

16. Гуди, P.M. Атмосферная радиация. Ч. 1. Основы теории / P.M. Гуди. -М.: Мир, 1966.

17. Lochte Holtgreven W. Plasma Diagnostics, North - Holland, Amsterdam, 1968.

18. Лазерный контроль атмосферы / под ред. Е.Д. Хинкли. М.: Мир, 1979.

19. Shardanand, Prasad Rao A.D. Absolute Rayleigh Scattering Cross Sections of Gases and Freon's of Stratospheric Interest in the Visible Ultraviolet Regions, NASA TN 0 8442, 1977.

20. McCormick M.P. Sitnultaneous Multiple Wavelength Laser Radar Measurements of the Lower Atmosphere, Electro-Optics Intern ional Conference, Brighton, England, 24-26 Mar. 1971.

21. Tam W.G., Zardecki A. Off-axis Propagation of a Laser Beam in Low Visibility Weather Conditions. Appl. Optics, 19, 2822-2827 (1980).

22. Condon E.U., Odishaw H., Eds. Handbook of Physics, McGraw-Hill, New York, 1967.

23. Зуев, B.E. Современные проблемы атмосферной оптики. T. 8. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы / В.Е. Зуев, В.В. Зуев. М., 1992.-С. 232.

24. Кондратьев, К.Я. Атмосферный аэрозоль / К.Я. Кондратьев, Н.И. Москаленко, Д.В. Поздняков. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 224 с.

25. Мак Картни, Э. Оптика атмосферы / Э. Мак Картни. М.: Мир, 1979.

26. Leonard D.A. Saturation of the Molecular Nitrogen Second Positive Laser Transition, Appl. Phys. Lett., 7, 4-6 (1965).

27. Wood O.R. II High Pressure Pulsed Molecular Lasers, Proc. IEEE, 62, 1974, p. 355-397.

28. Волькенштейн, M.B. Колебание молекул / M.B. Волькенштейн, Л.А. Грибов, М.А. Ельяшевич, Б.И. Степанов. М.: Наука, 1972.

29. Panne U. Laser Remote sensing // Trends in Analytical Chemistry. — 1998. -v. 17.-p. 491-500.

30. Андреев, Ю.М. Зондирование газовых загрязнений атмосферы методом дифференциального поглощения в ИК-области спектра / Ю.М. Андреев, П.П. Гейко, И.В. Самохвалов // Оптика атмосферы и океана. 2003. - Т. 16, №9. -С. 783-791.

31. Васильев, Б.И. ИК лидары дифференциального поглощения для экологического мониторинга окружающей среды / Б.И. Васильев, У.М. Маннун // Квантовая электроника. 2006. - Т. 36, № 9.

32. Andreev Y.M., Geylco P.P., Sherstov I.V. Development and Testing of the LIDAR Gas Analyzing Complex // SPIE. 1999. - v. 3983. - p. 386-394.

33. Killinger D.F., Menyuk N., Defo W.E. // Appl. Opt. 1980. v. 36. # 6. p. 402406.

34. Grant W.B., et. al. CO2 DIAL measurement of water vapor // Appl. Opt. 1987. v. 26. # 15. p. 3033-3042.

35. Murray E.R. Remote measurement of gases using discretely tunable infrared lasers // Opt. Eng. 1977. v. 16, #3, p. 284-290.

36. Васильев, Б.И. Мощный эффективный КНз-лазер с оптической накачкой, перестраиваемый в диапазоне 770-890 см"1 / Б.И. Васильев, Ф.З. Грасюк // Квантовая электроника. 1980. - № 7. - С. 116-122.

37. Васильев, Б.И. NH3 С02 лидар для зондирования атмосферы в диапазоне 9-13,5 мкм / Б.И. Васильев, А.Б. Ястребков // Изв. РАН. Сер. Физ. 1994. -Т. 58, №2.-С. 202-206.

38. Moulton Р et all. Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng., 4893, 193 (2003).

39. Богданкевич, O.B. Полупроводниковые лазеры / O.B. Богданкевич, С.А. Дарзнек, А.Г. Елисеев. -М.: Наука. 1976.

40. Шеффер, Ф.П. Лазеры на красителях / Ф.П. Шеффер, Б.Б. Снейвли и др. / под ред. Л.Д. Деркачевой. М.: Мир, 1976.

41. Данилычев, В.А. Оптические квантовые генераторы на сжатых газах /

42. B.А. Данилычев, О.М. Керимов, И.Б. Ковш // Тр. ФИАН. 1976. Т. 85.1. C. 49-142.

43. Архангельская, В.А. Перестраиваемые лазеры на центрах окраски в ионных кристаллах / В.А. Архангельская, П.П. Феофанов // Квант, электроника. 1980. - Т. 7, № 6. - С. 1141-1160.

44. Ахманов, С.А. Об одной возможности усиления световых волн / С.А. Ахманов, Р.В. Хохлов //ЖЭТФ. 1962. - Т. 43, № 1. - С. 351-353.

45. Kroll N.M. Parametric amplification in spatially extended media and amplification to the design of tunable oscillators at optical frequencies // Phys. Rev. 1962. v. 127, #4, p. 1207-1211.

46. Giordmaine I.A., Miller R.C. Tunable coherent parametric oscillation in LiNb03 at optical frequencies // Phys. Rev. Letts. 1965. v. 14, #24, p. 973-976.

47. Ахманов, С.А. К теории параметрической генерации в резонаторе, заполненном нелинейной средой / С.А. Ахманов, В.Г. Дмитриев, В.П. Моденов и др. // Радиотехника и электроника. 1965. - Т. 10, № 12. - С. 2157-2166.

48. Ахманов, С.А. Проблемы нелинейной оптики: Электромагнитные волны в нелинейных диспергирующих средах / С.А. Ахманов, Р.В. Хохлов. М.: ВИНИТИ, 1965.-295 с.

49. Pearl S., Ehrlich Y., Fastig S. Optical Parametric Oscillator with Unstable Resonators // Proc. SPIE 2003. 4972. pp. 58-67.

50. Duarte F.J. Tunable Lasers: Lland Book (New York: Acad. Press, 1995).

51. Smith A.V., Alford W.J., Raymond T.D., Bowers M.S. J.Opt. Soc.Am. B, 12, 2253 (1995).

52. Внерезонаторная параметрическая генерация света на X — 1,5 и 2 мкм с накачкой излучением лазеров на APir:Nd3+ / В.Л. Наумов, A.M. Онищенко, А.С. Подставкин, А.В. Шестаков // Квант, электроника. 2002. - Т. 32, № 3. -С. 225-228.

53. Rines G.A., Rines D.M., Moulton P. F. Tech. Dig. Paper CLEO 93 pastdeadline paper CPD 16-1/33(1993).

54. Apresyan G.M., Ayrapetyan V.S., Sargsyan Т.К., Sargsyan K.R. «Tunabbe OPO for Differential absorbsion LIDAR's» Abstracts of Conference LAT2002, LME72, 89, Moscow, 2002.

55. Smith A.V., Alford W.J., Raymond T.D., Bowers M.S. «Comparison of a numerical model with measured performance of a seeded nanosecond KTP optical Parametric oscillator» J. Opt. Soc. Am. В12, 2253, 1995.

56. Haroutyunyan A.H., Paityan G.A., Sargsyan S.S., Sargsyan Т.К. «High efficiency intracavity Optical Parametric Oscillator based on a Litium Niobate crystal» ICONO' 91,1, PWH12, 167, Leningrad, 1991.

57. Anan'ev Y.A. «Laser Resonators and Beam Divergence Problem» Hilger, N.Y, 1992.

58. Smith A.V., Bowers M.S. «Image-rotating cavety designs for improved beam quality in nanosecond optical parametric oscillators» J. Opt. Soc. Am. В18, #5, 706, 2001.

59. Dmitriev V.G., Gursadyan G.G., Nikogosyan D.N. «Handbook of Nonlinear Optical Crystals» 345, (Springer, New York, 1999).

60. Galumyan A.S., Hakobyan A.V., Sargsyan Т.К., Sargsyan K.R. «High-energy parametric converter based on KTP crystals». LAT 2002, LME 73, 90, Mos-cow(2002).

61. ИК ПГС с плавной и скачкообразной перестройкой длины волны / B.C. Айрапетян, Т.К. Саргсян, К.А. Саргсян и др. // Докл.У Междн. конф. «Лазерная физика-2005», 11-14 окт. 2005 г., г. Аштарак. Аштарак (Армения), 2005.

62. Marshall L.R., Kaz A.J. Opt. Soc. Am. B, 13(1993) 1730-1736.

63. Gakhovich D.E., Grabchikov A.S., Orlovich V.A. et all Proc SPIE, 2772(1995) 54-57.

64. Chen Y.F., Chen S.V., Chen Y.C., Lan Y.P., Tsai S.W. Appl. Phys. B, 77(2003) 493-495.

65. Mtnyuk N., Killinger D.K. Appl. Opt., 26, 3061(1986).

66. Ambrico P.F., Amodeo A., et all. Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng., 3504, III (1998).

67. Neuman W.A. and Vesko S.P. Advanced Solid-State Lasers, Eds. S.A. Pinto and T.Y. Fan, Vol. 15of Optics and Photonics Ser., Optical Society of America, Washington, D.C. (1996) 179-181.

68. Farmer J.N., Bowers M.S., Scharpf W.S. Advanced Solid-State Lasers, Eds. M.M. Feyer, H. Injeyan, and U. Keller, Vol. 26 of OSA Trends in Optics and Photonics Ser., Optical Society of America, Washington, D.C. (1999) 567-571.

69. Hanson G., Karlson H., Laurell F. Appl. Opt., 40 (2001) 5446-5451.

70. Дашкевич, В.И. Сравнительные исследования безопасных для глаз внутри- и внерезонаторных ПГС с неустойчивым телескопическим резонатором / В.И. Дашкевич, А.И. Водчин и др. // Журнал прикладной спектроскопии. -2006. Т. 73, № 4. - С. 535-543.

71. Кравцов, Н.В. Нелинейная динамика твердотельных кольцевых лазеров/ Н.В. Кравцов, А.В. Шестаков // Квантовая электроника. 2006. - Т. 36, №3(405).-С. 192-209.

72. Водчиц, А.И. Безопасный для глаз источник излучения на основе параметрического генератора света / А.И. Водчиц, В.И. Дашкевич и др. // Журнал прикладной спектроскопии. 2006. - Т. 73, № 2. - С. 255-259.

73. Kaminskii J.J., Burnham R. Tech. Dig. Paper CLEO'90(1990).

74. Brown M.K., Bowers M.S. «High energy near diffraction limited output from optical parametric oscillators using unstable resonators». Solid State Lasers VI, R. Scheps, ed., Proc. SPIE 2986, 113, 1997.

75. Shanshan Zou, Mali Gong, Qiang Lui and Gang Chen, «Low threshold characteristic of pulsed confocal unstable optical parametric oscillators with Gaussian reflectivity mirrors» Optics Express, 13, #3, 776, 2005.

76. Smith A.V., Dowers M.S. «Image-rotating cavety designs for improved beam quality in nanosecond optical parametric oscillators» J. Opt. Soc. Am. В18, #5, 706, 2001.

77. Lowenthal D.D. IEEE J. Quantum Electron., 34, 1356(1998).

78. Ярив, А. Оптические волны в кристаллах / А. Ярив, П. Юх. М., 1987.

79. Данелгас, Р. Параметрические генераторы света и пикосекундная спектроскопия / Р. Данелюс, А. Пискарскас, В. Сируйткайтис и др. — Вильнюс, 1987.

80. Дмитриев, В.Г. Прикладная нелинейная оптика / В.Г. Дмитриев, < Л.В. Тарасов. М., 2004.

81. К. Kato. IEEE J. Quant. Electron., QE -27 (1991) 1137-1139.

82. Севрук, Б.Б. Численное моделирование и экспериментальное исследование параметрической генерации световых импульсов в кристалле КТР / Б.Б. Севрук, В.Н. Белый и др. // Журн. прикл. спектроскопии. 2000. - Т. 67, № 1. - С. 56-60.

83. Лизнев, A.B. Термооптика твердотельных лазеров / A.B. Лизнев, Л.Н. Сомо, А.И. Степанов. Л.: Машиностроение, 1986. - 199 с.

84. Белостоцкий, Б.Р. Тепловой режим твердотельных квантовых генераторов/Б.Р. Белостоцкий, A.C. Рубанов. -М.: Энергия, 1973. 168 с.

85. Быков, В.П. Лазерные резонаторы / В.П. Быков, О.О. Силичев. М.: Физматлит, 2004. - 320 с.

86. Ананьев, Ю.А. Влияние краевых эффектов свойства неустойчивого резонатора / Ю.А. Ананьев, В.Е. Шестобитов // Квантовая электроника. 1971. -№ 3. - С. 82.

87. Емельянова, Ю.В. О получении равномерного распределения интенсивности в лазерном излучении /Ю.В. Емельянова, Л.Г. Туркевич, Г.В. Маркова // Письма в ЖТФ. 1977. - Т. 3, вып. 8. - С. 367-369.

88. Guilian G., Park Y.K., Byer R.l. Radial birefringen element and its applications to laser resonator design // Opt. Lett. 1980. v. 5. p. 491.

89. Siegman A.E., Ginzton E.L. Proc. SPIE Int. Soc. Opt. Eng., 1224, 2(1990).

90. Водопьянов К.Л. Свойства модуляторов добротности с частичными поляризаторами / К.Л. Водопьянов, Л.А. Кулевский, Малютин A.A. // Квантовая электроника. 1982. - Т. 9, № 10. - С. 2280.

91. Amodei J.J., Staebler D.L. // Appl Phys. Lett. 1971. - V. 18. - p. 540.

92. Glass A.M., von der Linde., Negran T.J. // Appl. Phys. Lett. 1974. V. 25. -P. 233.

93. Phillips W., Amodei J.J., Staebler D.L. // RCA Rev. 1972. -V. 33. - p. 94.

94. Айрапетян, B.C. Временная зависимость фоторефракционного эффекта в ниобате лития, легированном железом / B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, Е.В. Пестряков // Письма в ЖТФ. 1976. - Т. 2, вып. 17. - С. 802-804.

95. A.c. СССР № 585753, МКИ Способ обработки топографической регистрирующей среды из кристаллов ниобата лития /B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, Л.С. Ибрагимова, С.И. Маренников, Е.В. Пестряков. № 2369130; заявл. 07.06.1976; опубл. 29.08.1977.

96. A.c. СССР № 586731, МКИ Способ обработки топографической регистрирующей среды из кристалла ниобата лития / B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, Л.С. Ибрагимова, С.И. Маренников, Е.В. Пестряков. № 2370283; заявл. 08.06.1976; опубл. 07.09.1977.

97. A.c. СССР № 824777, МКИ Способ создания топографической регистрирующей среды / B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, В.Н. Лисицин, П.Г. Пасько. -№ 2882757; заявл. 15.02.1980; опубл. 22.12.1980.

98. A.c. СССР № 915608, МКИ Способ создания топографической регистрирующей среды / B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, В.Н. Лисицин, П.Г. Пасько. -№ 2948138; заявл. 13.05.1980; опубл. 23.11.1981.

99. Айрапетян, B.C. Скоростная голографическая запись в ниобате лития /

100. B.C. Айрапетян, И.Б. Баркан, В.Н. Ищенко // Тез. докл. IV Всесоюз. Вавилов-ской конф. по нелинейной и когерентной оптике. Новосибирск, 1985.1. C. 132-135.

101. Айрапетян, B.C. Влияние микродоменной структуры ниобата лития на эффективность голографической записи в элементах оптической памяти / B.C. Айрапетян, Л.Б. Воробьева // Межвуз. сб. трудов. Новосибирск: НИИГАиК, 1987.-С. 46-52.

102. Linde von der D., Glass A.M., Rodgers K.F. Appl. Phys. Lett., 25, 155, 1974.

103. Linde von der D., Glass A.M., Rodgers K.F. Multiphoton photorefractive processes for optical storage in LiNb03. Appl. Phys. Lett., 1974, v. 25, #3, p. 155-157.

104. Пашков, В.А. Докл. IV Всесоюзн. совещания по нерезонансному взаимодействию / В.А. Пашков, Н.М. Соловьева. Л., 1978. - С. 366.

105. Amodei J.J. Appl. Phys. Letts, 18, 22 (1971).

106. Kogelnik H. Coupled wave theory for thick hologram gratings. Bell Syst. Tech. J., 1969, v. 48. #7, p. 2909-2947.

107. Uchida P.H., Calson F.P. Calculation of diffraction efficiency in hologram gratings attenuated along the direction. 1973, v. 63, #3, p. 280-287.

108. Nihomiya Y., Motoki T. LiNb03 light modulator. Rev. Sci Instrum., 1972, v. 43, #3, p. 519-524.

109. Hercher M. Tunable Single Mode Operation of Gas Lasers Using Intraca-vety Tilted Etalons. Appl. Opt., 1969, v. 8, p. 1103.

110. Baumeister P. In: Applied Optics and Optical Engineering (ed. R. Kingslake), Academic Press, New York, 1965, v.I, pp. 285-323.

111. Meyer P.L., Sigrist M.W. Atmospheric pollution monitoring using ССЬ laser photoacoustic spectroscopy and other techniques // Rev. Sci. Instrum. 1990. v. 61. #7. p. 1779-1807.

112. Schotland R.M. Some Observation of the Vertical Profile of Water Vapor by a Laser Optical Radar, Proc. 4th Symposium on Remote sensing of the Environment 12-14 April 1966, Univ.of Michigan, Ann Arbor, 1966, p. 273-283.

113. Зуев, B.B. Лазерный экологический мониторинг газовых компонентов атмосферы / В.В. Зуев, В.Е. Зуев. ВИНИТИ. - М.: ВИНИТИ, 1992. - 189 с.

114. Kovalev V.A., Eichinger W.E. Elastic Lidar: Theory, Practice and Analysis Methods (New York, JWS Inc., 2004).

115. Schotland R.M. J.Appl. Meteorol., 13, 71 (1974).

116. Волькенштейн, M.B. Колебания молекул / M.B. Волькенштейн, JI.A. Грибов, М.А. Ельяшевич, Б.И. Степанов. М.: Наука, 1972. - 699 с.

117. Barnes W.L., Susskind F.J., Huit R.H. and Plyler E.K. Measurement and Analysis of the v3 Band of Methane. The Journal of Chemical Physics, v.56, #10, pp. 5160-5172 (1972).

118. Murrey E.R., Byer R.L., Remote Measurements of Air Pollutants, SRI International Report. Jan. 1980.

119. Bauer C. Gieser P. Pulsed Laser Surface Fragmentation and Mid-infrared Laser spectroscopy for Remote Detection of Explosives. Appl. Phys.B85 (2006). pp. 251-256.

120. James Janni, Brian D. Gilbert, R.W. Field, Jeffrey I. Steinfeld. Infrared absorption of explosive molecule vapors Spectrochimica Acta Part A 53 (1997) p. 1375-1381.