Физические основы лазерного зондирования атмосферы в спектральном диапазоне 9-13,5 мкм тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

На правах руког УДК 535^5.

Маннун Уссама Махмуд

Физические основы лазерного зондирования атмосферы в спектральном диапазоне 9-13,5 мкм

Специальность 01.04.21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математнчесюгх наук

Долгопрудный —2006

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский физико-технический институт» (государственный университет).

Факультет общей и прикладной физики, кафедра общей физики МФТИ.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор МФТИ Васильев Борис Иванович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Дядькин Александр Петрович (ТРИНИТИ)

кандидат физико-математических наук Крученицкий Григорий Михайлович (ЦАО)

Ведущая организация:

Институт энергетических проблем химической физики РАН

Защита диссертации состоится «_£_» СХ/яД^.? 2006 г. в часов минут на заседании диссертационного совета К212.156.05 при Московском физико-техническом институте по адресу: 141700, Московская область г. Долгопрудный, Институтский пер. 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского физико-технического института.

Автореферат разослан « / » 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

к. ф.-м. н., доцент Коршунов С. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

С увеличением антропогенного влияния на природу становится весьма актуальной проблема мониторинга окружающей среды. Наибольший интерес представляет контроль состояния атмосферы, поскольку через атмосферу происходит перенос основного количества загрязнений.

Одним из наиболее эффективных и необходимых инструментов зондирования атмосферы является лидар. Необходимость использования лидара состоит в том, что он позволяет дистанционно измерять как параметры атмосферы, так и содержание газовых компонентов и также аэрозольных частиц в атмосфере с высоким пространственным и временным разрешением. Главным преимуществом лидарных методов зондирования является возможность оперативного мониторинга атмосферы по широкому спектру параметров с построением карг распределения измеряемых величин. Важной особенностью лидарных методов является также то, что проведение лидарных измерений не требует установки дополнительного оборудования перед проведением сеанса измерений.

Для лидарного зондирования, как правило, используется четыре типа лазеров: твердотельные (типичные представители — лазер на рубине, Ыс1:УАО, александрит, титан сапфир); газовые (С02, ХеС1, N2); жидкостные (родамин 6й, кумарин, крезил фиолетовый); полупроводниковые (ваАз, ваАБР, ТпАэ). В последнее время возник интерес к перестраиваемым лазерным диодам. Особенная привлекательность их обусловлена малыми габаритами и высоким КПД. Однако недостаточно высокая мощность и сравнительно широкая линия генерации, присущая им, ограничивают их использование, особенно при зондировании протяженных трасс.

Идеальный лазер для этих целей должен обладать высокой пиковой мощностью, узкой спектральной шириной и короткой длительностью импульса при малой угловой расходимости светового пучка, а также сравнительно высокой частотой повторения импульсов. Всем этим требованием в полной мере удовлетворяет электроразрядный СОг-лазер.

Кроме того, привлекательность С02-лазеров для создания на их основе лидаров обусловлена рядом принципиально важных преимуществ. Во-первых, они перестраиваются по спектру в среднем ИК диапазоне, где большое количество газов имеет характерные (легко узнаваемые) полосы и линии поглощения. Во-вторых, спектр генерации С02-лазеров попадает в окно прозрачности атмосферы 8-14 мкм. Однако спектр излучения типичных С02-лазеров - ограничен набором отдельных линий генерации (около 80) обычных (традиционных) колебательно-вращательных полос 00°1-10°0 (02°0) в диапазоне 9,2-10,8 мкм, что существенно сужает крут решаемых задач при их использовании во многих приложениях, связанных с резонансным воздействием излучения на вещества, в том числе и для трассового газоанализа, значительно сокращая список детектируемых газов. Поэтому крайне важно расширить спектр генерации С02-лазеров предназначенных для лидарного зондирования.

Наиболее перспективным способом расширения спектра генерации С02-лазера является создание молекулярных газовых лазеров с резонансной оптической накачкой излучением С02-лазера (NH3, CF4, С2Н2 и т.д.). Среди всех лазеров этого типа аммиачный лазер, накачка которого происходит с помощью линии 9R(30) TEA С02 лазера, является наиболее подходящим для лидарного зондирования. Во-первых, его спектр излучения, дискретно перекрывающий спектральный диапазон 11—13,5 мкм (около 33 линии), попадает в окно прозрачности атмосферы 8-14 мкм. К тому же в этот диапазон попадают полосы и линии поглощения многих газов и загрязнителей, недоступных для зондирования с помощью С02 лазера. Во-вторых, этот лазер обладает высоким КПД, который может достичь величин вплоть до 30% и также малой расходимостью благодаря тому, что его накачка осуществляется резонансным оптическим способом. В-третьих, ширина линии генерации - достаточно узка (2-5x10~2 см"1), что улучает точность измерений методом дифференциального поглощения. Эти обстоятельства стимулировали постановку и проведение исследований, являющихся предметом настоящей работы.

Цель диссертационной работы.

Целью настоящей работы является всестороннее теоретическое и экспериментальное исследование . особенностей лидара

дифференциального поглощения (ДГТ), работающего в режиме прямого

детектирования, на основе лазерного комплекса, содержащего TEA СОг и

аммиачный лазеры, направленное на создание лидарной системы для

мониторинга окружающей среды в спектральном диапазоне 9—13,5 мкм.

Основные задачи решаемые, при выполнении диссертационной работы:

1. Исследование основных характеристик NH3-N2 лазера с резонансной оптической накачкой излучением TEA СО2 лазера, направленное на повышение КПД и сопоставление этих параметров с необходимыми параметрами лидарного зондирования.

2. Разработка и анализ оптических схем лазерного излучателя NH3-C02 лидара дифференциального поглощения.

3. Теоретические исследование возможностей NH3-CO2 лидара дифференциального поглощения для зондирования типичных загрязнителей таких, как фреоны, диоксины и некоторые ядовитые вещества.

4. Изучение влияния различных факторов на параметры NH3-C02 лидара дифференциального поглощения. Оценка дальности действия лидара и его чувствительности в разных условиях зондирования.

Научная новизна работы.

1. Предложена и реализована оригинальная оптическая схема двухчастотного излучателя NHj-COj лидара ДП. Благодаря сочетанию двух лазеров NH3-N2 и TEA С02 предложенная схема позволяла перекрывать спектральный диапазон 9-13,5 мкм и решать проблему пространственно-временного совмещения лазерных пучков.

2. Впервые проведено теоретическое исследование конкретных параметров лидара дифференциального поглощения на основе NH3-N2 лазерного излучателя.

3. Выполнено моделирование оптических характеристик атмосферного аэрозоля на линиях аммиачного лазера в диапазоне 11—13,5 мкм и изучено их влияние на параметры предложенного лидара.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Лидар дифференциального поглощения на основе TEA С02 и аммиачного лазеров является очень эффективным для чувствительного зондирования многих газовых загрязнителей таких, как фреоны, диоксины и ряд ядовитых веществ.

2. Предложенная оптическая схема двухчастотного излучателя NH3-C02 лидара дифференциального поглощения удовлетворяет всем требованием лидарного зондирования и решает известные проблемы предыдущих лидаров такого типа.

3. Характеристики NH3-CO2 лидара в приземном слое на линиях генерации аммиачного лазера и на линиях TEA СО2 лазера около 10,6 мкм (полоса 00° 1—10°0) — соизмеримы, но в три раза меньше тех на линиях TEA С02 лазера около 9,6 мкм (полоса 00°1-02°0). С увеличением атмосферной влажности до величин 90-95% характеристики NH3-CO2 лидара на линиях генерации аммиачного лазера улучаются и достигают характеристик на линиях TEA С02 лазера около 9,6 мкм (полоса 00° 1 -02°0).

4. Дальность действия предложенного NH3-CO2 лидара меняется от 270 м до 8,3 км в зависимости от линии генерации лазера, состояния атмосферы и типа КРТ детектора (HgCdTe детектор, охлаждаемый жидким азотом или нет), причем максимальная дальность наблюдается в субарктической зимней атмосфере и минимальная в тропической атмосфере.

5. Измерение концентрации фреона-11 порядка 50 млрд"1 с помощью NH3-CO2 лидара можно провести на расстояниях от 2,5 до 5 км с пространственным разрешением равным 150 м.

Практическая ценность работы.

В настоящей работе впервые исследованы возможность и перспективность использования аммиачного лазера в лидарных системах. Впервые исследованы параметры лидара дифференциального поглощения в очень привлекательном спектральном диапазоне (11-13,5 мкм). К тому же предложенная и реализованная новая оптическая схема двухчастотного излучателя NH3-CO2 лидара позволяет использовать линии генерации двух лазеров NH3 и СОг для зондирования атмосферы в спектральном диапазоне 11—13,5 и 9—11 мкм, соответственно, и эффективно решать проблему пространственно-временного совмещения двух лазерных пучков, необходимых для зондирования методом ДП.

В результате диссертационной работы предложена экономичная лидарная система перспективная для зондирования многих опасных загрязнителей таких, как фреоны, диоксины и ряд ядовитых веществ.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием известных алгоритмов с оценками погрешностей численных решений, современным уровнем использовавшегося диагностического и измерительного оборудования, сравнением результатов, представленных в диссертационной работе, с ранее полученными данными.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы регулярно докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры общей физик МФТИ, а также на следующих конференциях:

1. XLVIII научная конференция Московского физико-технического института "Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук". —Долгопрудный. 26-27 ноября 2005 г.

2. International Conference on Laser and Electro-Optic, International Quantum Electronics and Laser Science Conference (CLEO/QEL-2006), Session Stand-off-sensing, Long Beach, California, USA, May 21-26, 2006.

3. XII International Conference on Laser Optics (L0'2006), Session High Power Gas Laser, St. Petersburg, Russia, June 26-30, 2006.

Публикации

Содержание диссертационной работы отражено в 8 работах. Из них 4 — опубликованы в центральных научных рецензируемых журналах, 3 — в тематических сборниках статей и сборниках тезисов и докладов и издано учебное пособие для студентов МФТИ по специальности "физика лазерных и ионно-плазменных технологий" (направление "Прикладные физика и математика"). Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Работа содержит 150 страниц текста, 27 таблиц и иллюстрирована 59 рисунками. Список литературы содержит 216 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, сформулированы цели и задачи, научная новизна, практическая ценность и положения, выносимые на защиту.

Первая глава диссертации носит обзорный характер и состоит из двух частей. В первой части (раздел 1.1 и 1.2) изложены основные принципы работы лидара дифференциального поглощения [1,2]: лидарное уравнение, расчет концентрации исследуемого газа с использованием метода дифференциального поглощения (МДП), чувствительность метода МДП и источники его ошибок. Во вторую часть включен обзор ИК лидаров дифференциального поглощения, наиболее перспективных и известных для лидарного зондирования атмосферы: лидары ближней ИК области спектра (раздел 1.3) и лидары средней ИК области спектра (раздел 1.4): He-Ne, DF, С02 и NH3 лидары.

Во второй главе приведены результаты исследования основных характеристик разработанного лазерного излучателя лидара (TEA С02 и NH3 лазеры), которые представляют интерес для лидарного зондирования (спектр генерации, ширина линии генерации, расходимость лазерного пучка, форма лазерного импульса). В этой главе также обсуждаются оптические схемы излучателя лидара с автоматическим совмещением лазерных пучков.

В разделе 2.1 описан разработанный мощный TEA С02 лазер, спектр генерации которого приведена на рис. 1. Видно из этого рисунка, что генерация лазера получена на 85 линиях переходов 00°1-10°0 и 00°1-02°0 молекулы |гС1602, в том числе в диапазоне 9R(40)-9R(2), 9Р(2)-9Р(44), 10R(44)-10R(2) и 10Р(2)-10Р(44), который соответствует длинам волн Х = 9,17-10,86 мкм. Созданный TEA С02 лазер излучает в многомодовом режиме лазерный пучок размером 40x40 мм, с расходимостью ~ 12,5 мрад, с энергией импульса 13 Дж на линии 10Р(20) (Х= 10,591 мкм, КПД~ 10 %) и с частотой повторения импульсов 0,2 Гц. Временная форма лазерного импульса является типичной для таких лазеров и состоит из двух частей: лидирующий пик и "хвост", длительности которых составляют ~100 не и 1,5-3 мке, соответственно. На линии 9R(30), используемой для накачки аммиачного лазера, энергия импульса составляет — 6,7 Дж.

Длина волны, мкм

Рис.1. Спектр генерации разработанного TEA СО2 лазера.

В разделе 2.2 описан разработанный мощный NH3 лазер с резонансной оптической накачкой, спектр генерации которого приведена на рис. 2. Как видно из этого рисунка, генерация лазера получена на 33 линиях переходов моды Vj молекулы UNH3, которые дискретно перекрывают спектральный диапазон А. = 11,21—13,42 мкм. Разработанный аммиачный лазер излучает в многомодовом режиме лазерный пучок размером 35x35 мм, с расходимостью ~ 5 мрад, с энергией импульса 1,5 Дж на аР(4,0) (X = 11,7121 мкм, Е^ = 1,4 Дж, КПД = 21%), а энергия на каждой из более чем 24 линий превосходит 500 мДж. Расходимость аммиачного лазера в 2,5 раза меньше расходимости лазера накачки (TEA С02), что объясняется лучшей однородностью активной среды, связанной с отсутствием разряда в кювете аммиака. Именно поэтому в некоторых случаях возможно использование лазерного пучка аммиачного лазера для зондирования без расширителя. В силу того, что давление в аммиачной

кювете низко, ширина линии генерации аммиачного лазера достаточно узка и составляет 2-5x10~2 см-1.

1.4

' I ..............—1 ........... Г"'1 'I ■ ■ ..... I

11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5

Длина волны, мкм

Рис.2. Спектр генерации разработанного аммиачного лазера.

В разделе 2.3 обсуждается проблема пространственно-временного совмещения двух лазерных пучков, необходимых для зондирования с использованием лидара дифференциального поглощения. При создании двухчастотного лидара возникают определенные трудности по обеспечению колинеарности распространения световых пучков двух различных частот. В работе [3] была предложена оптическая схема двухчастотного ЫН^-СОг лидара, где совмещение пучков осуществлялось автоматически внутри ЫН3 кюветы для спектрального диапазона 11-13,5 мкм. В спектральном диапазоне 9—11 мкм для реализации двухчастотного режима использовались два независимых модуля С02 лазера [4, 5], причем при совмещении двух пространственно разделенных лазерных пучков неизбежно возникают потери излучения, что приводит к снижению дальности действия прибора. Мы предлагаем для обеспечения работы С02 лазера на двух частотах использовать в качестве выходного зеркала

интерферометр Майкельсона, причем его зеркалами являются дифракционные решетки в] и 02, настроенные на различные длины волн. В этом случае двухчастотное излучение выходит из полупрозрачного зеркала интерферометра М2) и обе его спектральные компоненты распространяются колинеарно. Первые эксперименты показали, что такая схема С02 лазера позволяет получить световой пучок, состоящий из двух длин волн, если АХ — Х1—Х2 > 50 см"'. В случае если частоты, на которые настроены решетки, близки, световой пучок состоит из одной спектральной компоненты промежуточной частоты. Следует отметить, что аналогичная оптическая схема может быть использована и для ряда других источников лазерного излучения. Полная оптическая схема излучателя ЫНз-СОг лидара приведена на рисунке 3. Резонатор МН3 лазера образован зеркалами Мз и М4, связанными через "0" порядок решетки Оз. Перестройка частоты излучения ЫН3 лазера осуществляется вращением зеркала М5. Для перестройки частоты излучения СО2 лазера служит решетка в2. В качестве полупрозрачного зеркала М2 использовалась плоскопараллельная пластинка из ве, толщиной 1 мм. Решетка определяет частоту опорного излучения. Переключение диапазона генерации излучателя с 11—13,5 мкм на 9-1 Гмкм и назад осуществляется введением или удалением зеркала М2. Предлагаемая схема может быть использована для двухчастотного лидара, работающего в спектральном диапазоне 9—13,5 мкм, причем на небольших расстояниях (0,1...0,5 км) возможна работа без расширителя.

м,

Рис.3. Оптическая схема двухчастотного излучателя ЫН3-С02 лидара.

Третья глава посвящена оптическим параметрам атмосферных аэрозолей в спектральном диапазоне 9-13,5 мкм в приземном слое атмосферы. Особое внимание уделено коэффициентам обратного аэрозольного рассеяния [3, и лидарному отношению, величины которых были оценены с использованием теории Ми. Изучено влияние различных параметров, таких как тип аэрозоля (городской, континентальный, морской), его распределение по размерам и влажность атмосферы, на эти параметры и определен интервал их величин.' Расчеты проводились с использованием теории рассеяния Ми [6], с помощью которой можно получить следующее выражение для коэффициента аэрозольного обратного рассеяния р*" при заданной длине волны

00

/Заег{т,Х) = ¡х- г2 ■ 0&в, (р,*.,Л) ■ /(г) -О-, (1)

О

где г — радиус частиц, /(г) — функция распределение аэрозольных частиц по размерам, т — показатель преломления сферы (т = п — 1 у), (У&т, — коэффициенты эффективности рассеяния и ослабления, которые выражаются через функции интенсивности Ми (¡1, ¡2) и относительный размер частиц (р = 2 л г / X).

На рис 4. представлены основные результаты расчета коэффициента аэрозольного обратного рассеяния. В наших расчетах использовалось трехмодовое логнормальное распределение аэрозольных частиц по размерам, параметры которого были взяты из [7, 8]. Из рисунка видно, что величины Р* на линиях аммиачного лазера — соизмеримы с величинами рх на линиях С02 лазера около 10,6 мкм, но в два-три раза меньше величин р, на линиях С02 лазера около 9,6 мкм. Видно также, что с ростом влажности величины Р„ на длинах волн больше 12 мкм становятся больше чем величины Р* на линиях С02 лазера около 10,6 мкм, но остается меньше чем на линиях С02 лазера около 9,6 мкм. Отсюда следует, что характеристики лидара на линиях аммиачного лазера и на линиях С02 лазера около 10,6 мкм сопоставимые.

2 ь-

ах

3.0

2.5

2.0

1.5

* 1.0

0.5 •

V

■ 2 л\4 ц \

1 У

9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5

Длина волны, мкм

13.0 13.5

Рис. 4. Профиль ß*(X) нормированного на ß*( 11,7 мкм) в случае городского аэрозоля при разных величинах относительной влажности: (1) 20-30%, (2) 30-45%, (3) 75-85%, (4) 90-95%.

В пределах использованной модели расчеты показали, что величины Р„ на линиях аммиачного лазера меняются от Ю-10 до 7x10'9 см"' ср~', причем большие величины ß„ наблюдаются в случае городского аэрозоля,

маленькие величины — в случае континентального, что явно связано со средним радиусом аэрозолей. Во всех случаях имеется минимум р„' на длинах волн около 12,3 мкм за исключения случая, когда относительная влажность составляет 90-95%, где минимум перемещается в область около 11,2 мкм. Это можно объяснить существенным вкладом в (5* воды, показатель преломления которой имеет минимум на длинах волн около 11,2 мкм.

Четвертая глава посвящена исследованию особенностей лидара и его основных параметров (дальность действия и чувствительность) с помощью разработанной программы моделирования, в которой были использованы все известные алгоритмы расчета лидаров [1, 2], и спектральная база данных Н1ТПАЫ-2000 [9] и имеющиеся экспериментальные данные [15, 16]. Параметры лидара в области генерации СОг-лазера, которые были хорошо оптимизированы разными научными группами [10, 11, 12], приведены для сравнения с параметрами аммиачного лидара.

В разделе 4.1 была описана структура предложенного лидара ДП на основе разработанного лазерного комплекса и приведены основные технические характеристики лидара, которые использовались в расчетах.

В наших расчетах мы использовали вертикальные профили содержания газовых компонент естественной атмосферы, которые представляются в виде статических моделей безоблачной атмосферы: тропическая, среднеширотная летняя, среднеширотная зимняя, субарктическая летняя, субарктическая зимняя и стандартная. Данные об этих профилях, а также о моделях стратификации температуры и давления заимствованы из моделей АРОЬ/МСЮТНАЮ [13]. Спектральные данные газов заимствованы из Н1П1А1чГ-2000 [9].

В разделе 4.2. приведен список основных газов детектируемых предложенным ЫНз-СОг лидаром ДП и показано, что этот лидар очень чувствительный для зондирования многих газов таких, как фреоны, диоксины и некоторые ядовитые вещества. Была создана база спектральных данных с использованием универсальной базы данных Н1ТЯАК-2000 [9]. Созданная база спектральных данных является необходимым инструментом для работы лидара и включает 84 спектра поглощения различных веществ. Полная перечень спектров созданной базы данных приведена в приложениях диссертации.

Для определения дальности действия лидара (раздел 4.3) основным параметром является отношение сигнал/шум. В нашем лидаре, где используется прямое детектирование, и дробовой шум детектора является основным огранивающим фактором, отношение сигнал/шум вычисляется по следующей формуле [2]

. (2) ¡2в{рФ+р*Н+втр2

где q — квантовая эффективность детектора, hv — энергия фотона, NEP — мощность эквивалентная шуму детектора, В — ширина электронной полосы пропускания детектора, Pj - мощность принимаемого сигнала на длине волны Я и Рф — мощность фонового излучения атмосферы.

Выражение для мощности эквивалентной шуму детектора и мощности фонового излучения атмосферы имеет следующий вид [7]

NEP-Щ., (3)

D

Рф=вХА(4)

где Sj - площадь чувствительной площадки детектора, D' -обнаружительная способность детектора, От— угол поля зрения телескопа, qr — оптическая эффективность приемника лидара, АХ — ширина пропускания светофильтра, Bi — спектральная яркость фона атмосферы.

Для оценки дальности действия лидара мы рассчитывали отношение сигнал/шум на разных линиях аммиачного лазера, спектр генерации которого показан на рис. 2, при стандартной атмосфере. Результаты расчетов, представленные на рисунке 5, показывают, что лидар может зондировать при отношении сигнал/шум выше 10 на расстоянии от 3,5 км (на линии аР(7,3)) до 8,5 км (на линии sP(5,K)). Расчеты проводились при стандартной модели атмосферы на горизонтальной трассе на уровне моря.

Для исследования влияния условий атмосферы были проведены расчеты пропускания атмосферы на линиях аммиачного и TEA СО2 лазеров для разных моделей атмосферы согласно [13]: стандартная (при температуре 296 К и давлении 1 атм), тропическая, среднеширотная летняя, среднеширотная зимняя, субарктическая летняя, субарктическая зимняя. Было доказано, что в этом спектральном диапазоне пропускание атмосферы является максимальным при субарктической зимней атмосфере

и минимальным при тропической атмосфере. С использованием результатов расчета проводилась оценка отношения сигнал/шум на самой сильной линии аммиачного лазера аР(4,0) (Е„ = 1,4 Дж, КПД = 21%). Результаты этих расчетов показывают, что в тропической атмосфере дальность действия лидара является минимальной и составляет 4,5 км при отношении сигнал/шум выше 10, а в субарктической зимней атмосфере она является максимальной и достигает 10 км при таком же отношении сигнал/шум. На основе указанных выше результатов можно утверждать, что максимальная дальность Rmax аммиачного лидара достигается при зондировании в субарктической зимней атмосфере на линии sP(5,K) и минимальная Rmin в тропической атмосфере. Следует отметить, что все предыдущие расчеты были проведены для лидаров, использующих детекторы КРТ с охлаждением жидким азотом, описанным в разделе 2.1 диссертации. Для определения Rmax и Rmin дальности действия лидара на различных линиях генерации аммиачного лазера было рассчитано отношение сигнал/шум на каждой линии для лидаров, использующих два типа детекторов (охлаждаемого жидким азотом и неохлаждаемого) при тропической атмосфере (Rmm) и при субарктической зимней атмосфере Результаты расчетов Rmi„ приведены на рис. 6. Из рисунка видно, что использование неохлаждаемого детектора не позволяет зондировать на линиях аР(9,7) (X = 13,34 мкм) и аР(9,8) (X = 13,42 мкм), а использование охлаждаемого детектора позволяет зондировать на этих линиях, но на небольших расстояниях (270—330 м). Результаты расчета также показывают, что максимальная дальность действия лидара достигается при зондировании на линии аР(4,0) (X = 11,71 мкм) и составляет 8,31 км или 2,43 км в зависимости от типа детектора (охлаждаемый или неохлаждаемый).

Расстояние, m

Рис. 5. Отношение сигнал/шум лидара ЭЫЯ на разных линиях аммиачного лазера в зависимости от расстояния. Расчеты проводились в стандартной

атмосфере.

□

Длина волны, ыш

Рис. 6. Минимальная дальность действия лидара с охлаждаемым КРТ детектором (а) и с неохлаждаемым КРТ детектором (б). Расчеты проводились в тропической атмосфере.

В разделе 4.4 рассмотрена чувствительность лидара ДП, характеризующаяся минимальными значениями концентрации атмосферного газа ЫЫгн которые могут быть обнаружены с минимально реализуемым на практике уровнем погрешности измерений оптических сигналов. Для исследования чувствительности лидара ДП определяющим параметром является относительная погрешность измерения концентрации исследуемого газа, которая даётся следующем выражением

SN = -

1

2 -Дст- ДR

(5)

где NP — число импульсов в серии, используемой для получения данного результата, 50П и 5ofr - случайные погрешности регистрации сигналов на длинах волн Хщ, и X<,ff, 5S — систематическая погрешность, не связанная с шумами детектора, Да - коэффициент дифференциального поглощения, AR — пространственное разрешение лидара.

Систематическая составляющая погрешности вычисляется через отношение сигнал/шум. Выражение для систематической погрешности имеет следующий вид [14]

о аег

: 2 (spaer+sflm0l)

паег nmol naer пто1

Poff Роп -Роп Pojf

PoffPo

(2 AR)2

(„аег , «on

.оегГЛ off J а аег

mol „то! \ Л on ~aoff j samol

(6)

(2 ¿Rfj^Aa'ZjSlj + S^jN^

+ [г Ао

где Ьр,аег и 5дто/ - относительные погрешности определения коэффициентов обратного рассеяния частицами аэрозоля и молекулами атмосферы, 8ааег и Ьато! — относительные погрешности, обусловленные поглощением лазерного излучения частицами аэрозоля и молекулами атмосферы, дщ и <5Д(Гу — погрешность задания или определения концентрации ^ого мешающего газа и его дифференциального коэффициента поглощения, Л^ и Доу — концентрация и дифференциальный коэффициент поглощения ^ого мешающего газа, <5д„ — погрешность задания или определения дифференциального коэффициента поглощения исследуемого газа.

Первые два слагаемые связаны с изменением рассеивающих свойств среды при перестройке длины волньт. Учет этих слагаемых необходим при зондировании озона в УФ-области. Третье слагаемое необходимо учитывать при наличии мешающих газов. Последнее слагаемое связано с погрешностью определения сечения поглощения газа.

Для оценки чувствительности лидара мы провели расчет для молекул фреон-11, которые имеют сильную полосу поглощения в диапазоне от 11,3 мкм до 12,4 мкм, как показано на рис. 7-а [35]. На том же рисунке отмечены 9 линий аммиачного лазера, которые попадают в этот интервал, а также пропускание стандартной атмосферы (рис. 7-Ь). Естественные мешающие газы (Н20, Оз, С02) имеют очень маленькие сечения поглощения [9] на этих линиях. Для определения погрешности зондирования лидара на каждой линии (рис. 7) использовалось отношение (5) при следующих условиях: концентрация фреона-11 N = 50 млрд-1, пространственное разрешение АЯ = 150 м, относительная систематическая ошибка Ss — 10% и число импульсов усреднения лидарных сигналов Ыр = 10. Результаты, представленные на рис. 4.22, показывают, что дальность зондирования фреона-11 при SN = 1, для сильных линий 4 и 3 не превышает 5,5 км, а для слабых линий 5, 6, 7 и 8 достигает значения больше 8 км. Хотя линия 1 относительно сильна, но она может быть использована для зондирования на большом расстоянии порядка 7 км, как показано на рис. 8, благодаря большой энергии этой линии, которая составляет 1,4 Дж (глава 2). На том же рисунке видно, что ниже определенной дальности, где отношение сигнал/шум БИЯ имеет большие значения, относительная погрешность ¿Ы становится равной статистической погрешности ¿5 = 10%, что ясно из отношения (5). С ростом дальности зондирования отношение сигнал/шум 5N11 уменьшается и относительная ошибка <5Я растет в соответствии с отношением (6).

Длина волны, мкм

Рис. 7. Спектр поглощения фреона-11 (а) и пропускание стандартной атмосферы на горизонтальной трассе длиной 1 км на уровне моря (Ь).

43 1 5687

! ! 4 - зР(6,К) 3 - аР(4,3) 1 - аР(4,0) 5 - аР(5,1) 6 - аР(5,2) 7 - аР(5,3) 8 - аР(5,4) -.........—I — и и—

—

------------ г ■■---1

|

-■-(---

Дальность действия лидера, т

Рис. 8. Относительная погрешность измерения фреона-11 на разных линиях аммиачного лазера.

В заключении в краткой форме сформулированы основные результаты диссертационной работы. В конце работы приведен список цитируемой литературы.

В приложениях приводится полный список элементов созданной базы спектральных данных. Спектр поглощения детектируемых молекул были рассчитаны на линиях TEA С02 и NHj лазеров с использованием универсальной базы данных HITRAN-2000 [9].

Основные результаты диссертации:

1. Создан и исследован лазерный комплекс, содержащий TEA СО2 лазер и NH3 лазер с резонансной оптической накачкой, в котором осуществлено пространственно-временное совмещение двух лазерных пучков с разными длинами волн.

2. Доказана перспективность NH3-CO2 лидара для зондирования различных веществ таких, как диоксины, фреоны и другие.

3. Показано, что дальность действия предложенного лидара меняется от 270 м до 8,3 км в зависимости от линии генерации лазера, состояния атмосферы и типа детектора.

4. Установлено, что чувствительность лидара очень высока — для некоторых веществ, таких как фреон-11, она составляет порядка 50 млрд-1 на расстояниях от 3,5 до 5 км с пространственным разрешением 150 м.

5. Создана база спектральных данных различных веществ детектируемых NH3-CO2 лидаром, которая является основным элементом разработанного для него программного обеспечения.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Васильев Б.И., Желтухин A.A., Маннун У.М. Оптическая схема двухчастотного излучателя NH3-CO3 лидара в спектральном диапазоне 9-13,5 мкм // Краткое Сообщение по Физике — 2004, № 7, — С. 22-24.

2. Васильев Б.И., Маннун У.М. Расчет оптимальных параметров NH3-С02-лидара // Квантовая Электроника — 2005, — Т. 35, № б, — С. 563— 568.

3. Васильев Б.И., Маннун У.М. ИК лидары для экологического мониторинга атмосферы: Учебное пособие. — М.: МФТИ, — 2005. — 71с.

4. Васильев Б.И., Маннун У.М. ИК лидары ДП для зондирования окружающей среды: Обзор If Квантовая Электроника (в печати).

5. Васильев Б.И., Маннун У.М. О коэффициенте аэрозольного обратного рассеяния атмосферы в диапазоне 9-13,5 мкм // Квантовая Электроника (в печати).

6. Васильев Б.И., Маннун У.М. Лидар дифференциального поглощения на основе NH3-CO1 лазера, XLVIII научная конференция Московского физико-технического института, Долгопрудный, 25—26 ноября 2005 гг.

7. Vasil'ev B.I., Mannoun О.М. Combining of NH3 and TEA C02 Lasers for Lidar System, XII""1 International Conference on Laser Optics LO-2006, St. Petersburg, Russia, 26-30 June 2006.

8. Vasil'ev B.I., Mannoun O.M. Differential Absorption Lidar using NH3-CO2 Laser, International Conference on Laser and Electro-Optic, International Quantum Electronics and Laser Science Conference CLEO/QEL-2006, Long Beach, California, USA, 21-26 May 2006.

ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Зуев B.E., Зуев B.B. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1992, — 231 с.

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

3. Ананьев В.Ю., Васильев Б.И. et al. Двухчастотный лидар на основе аммиачного лазера // Квантовая Электроника — 2000, — Т. 30, № 6, — С. 535-539.

4. Andreev Y.M., Geiko P.P., Sherstov I.V. Development and testing of the lidar gas analyzing complex II Proc. of SPIE — 1999, — Vol. 3983, — P. 386-394.

5. Борейшо A.C. и др. Мобильные многоволновые лидарные комплексы // Квантовая Электроника — 2005, —Т. 35, № 12, — С. 1167-1178.

6. Wiscombe W.J. Improved Mie scattering algorithms // Appl. Opt. — 1980,

— Vol. 19,—№9, —P. 1505-1509.

7. Ивлев JI.C., Андреев С.Д. Оптические свойства атмосферных аэрозолей. — Л.: Изд. ЛГУ, 1986, — 360 с.

8. Jaenicke R., "Tropospheric Aerosol" in Aerosol Climate Interaction, P. Hobbs, Academic Press, NY, p. 233, (1993).

9. Rothman L.S., Barbe A. et al. (29 co-authors) The HITRAN Molecular Spectroscopic Database: Edition of2000 Including Update Through 2001 // JQSRT — 2003, — Vol. 82, — P. 5-44.

10. Carlisle C.B., Van der Laan J.E. et al. C02 laser-based differential absorption lidar system for range-resolved and long-range detection of chemical vapor plumes II Appl. Opt. — 1995, — Vol. 34, № 27, — P. 61876200.

11. Killinger D.F., Menyuk N. Remote Probing of the Atmosphere Using a CO2 DIAL System //IEEE J. Quant. Elect. — 1981,—Vol. 17,№9,— P. 19171929.

12. Leonelli J., Holland P.L., Van Der Laan J.E. Multiwavelength and Triple C02 Lidar for Trace Gas Detection И Proc. of SPIE — 1989, — Vol. 1062,

— P. 203-216.

13. Maclatchey R.A., Fenn R.W., Selby G.E.A. and Garing J.S. Optical properties of the atmosphere // AFCRL-70-0527, Air Force Cambridge Research Laboratories, Bedford, Massachusetts, 1970.

14. Зуев B.B., Катаев М.Ю. и др. Лидарный метод дифференциального поглощения (ДП): Современное состояние исследований II Оптика атмосферы и океана — 1995, — Т. 8, № 8, — С. 1137-1164.

15. Hoffland L.D., Piffath R.J., Bouck J.B. Spectral Signatures of Chemical Agents and Stimulants И Opt. Eng. — 1985, — Vol. 24, № 6, — P. 982-984.

16. Гастилович E.A., Клименко В.Г., Королькова H.B., Нурмухаметов Р.Н. Оптические спектры и фотофизические свойства полихлоированных производных дибензо-п-диоксина II Успехи химии — 2000, — Т. 69, — № 12, —С. 1128-1148.

Маннун Уссама Махмуд

Физические основы лазерного зондирования атмосферы в спектральном диапазоне 9-13,5 мкм

Автореферат

Подписано в печать 06.06.2006. Формат 60x84 /16. Печать офсетная. Усл.пёч. л. 1.6. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 80 экз. Заказ № ф-098

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский физико-технический институт (государственный университет) Отдел автоматизированных издательских систем «ФИЗТЕХ-ПОЛИГРАФ» 141700, Московская обл., г.Долгопрудный, Институтский пер., 9

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА

ОБЗОР ИК ЛИДАРОВ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ

1.1. Введение.

1.2. Принцип работы лидара ДП.

1.2.1. Лид арное уравнение.

1.2.2. Расчет концентрации газа методом МДП.

1.2.3. Чувствительность метода МДП.

1.2.4. Источник ошибок метода МДП.

1.3. Лидары ближней ИК области спектра.

1.4. Лидары средней ИК области спектра.

1.4.1. He-Ne лидары.

1.4.2. DF лидары.

1.4.3. С02 лидары.

1.4.4. NH3 лидары.

ГЛАВА

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ NH3-C02 ЛИДАРА.

2.1. TEA С02 лазер.

2.1.1. Описание разработанного TEA С02 лазера.

2.1.2. Спектр генерации разработанного TEA СО2 лазера.

2.1.3. Расходимость пучка разработанного TEA СО2 лазера.

2.2. Аммиачный лазер.

2.2.1. Обзор аммиачных лазеров.

2.2.2. Принцип работы аммиачного лазера.

2.2.3. Описание разработанного аммиачного лазера.

2.2.4. Спектр генерации разработанного аммиачного лазера.

2.2.5. Расходимость пучка разработанного аммиачного лазера.

2.3. Двухчастотный излучатель для NH3-CO2 лидара.

2.4. Выводы.

ГЛАВА

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРНОГО АЭРОЗОЛЯ

В СПЕКТРАЛЬНОМ ДИАПАЗОНЕ 9-13,5 МКМ.

3.1. Характеристики атмосферных аэрозолей.

3.1.1. Распределение аэрозоля по размерам.

3.1.2. Комплексный показатель преломления аэрозоля.

3.2. Основные формулы расчета.

3.3. Результаты и обсуждение.

3.4. Выводы.

ГЛАВА

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ NH3-C02 ЛИДАРА.

4.1. Описание лидара.

4.2. Список детектируемых газов NH3-CO2 лидаром.

4.3. Дальность действия лидара.

4.4. Чувствительность лидара.

4.5. Выводы.

Актуальность темы.

С увеличением антропогенного влияния на природу становится весьма актуальной проблема мониторинга окружающей среды. Наибольший интерес представляет контроль состояния атмосферы, поскольку через атмосферу происходит перенос основного количества загрязнений.

Одним из наиболее эффективных и необходимых инструментов зондирования атмосферы является лидар. Необходимость использования лидара состоит в том, что он позволяет измерять как параметры атмосферы, так и содержание газовых компонентов и также аэрозольных частиц в атмосфере с высоким пространственным и временным разрешением. Главным преимуществом лидарных методов зондирования является возможность оперативного мониторинга атмосферы по широкому спектру параметров с построением карт распределения измеряемых величин. Важной особенностью лидарных методов является также то, что проведение лидарных измерений не требует установки дополнительного оборудования перед проведением сеанса измерений.

Для лидарного зондирования, как правило, используется четыре типа лазеров: твердотельные (типичные представители - лазер на рубине, Nd:YAG, александрит, титан сапфир); газовые (СО2, ХеС1, N2); жидкостные (родамин 6G, кумарин, крезил фиолетовый); полупроводниковые (GaAs, GaAsP, InAs). В последнее время возник интерес к перестраиваемым лазерным диодам. Особенная привлекательность в них малые габариты и высокий КПД. Однако недостаточно высокая мощность и сравнительно широкая линия генерации, присущая им, ограничивают их использование, особенно при зондировании протяженных трасс.

Идеальный лазер для этих целей должен обладать высокой пиковой мощностью, узкой спектральной шириной и короткой длительностью импульса при малой угловой расходимости светового пучка, а также сравнительно высокой частотой повторения импульсов. Всем этим требованием в полной мере удовлетворяет электроразрядный С02-лазер. Кроме того, привлекательность СОг-лазеров для создания на их основе лидаров обусловлена рядом принципиально важных преимуществ. Во-первых, они перестраиваются по спектру в среднем ИК диапазоне, где большое количество газов имеет характерные (легко узнаваемые) полосы и линии поглощения. Во-вторых, спектр генерации СОг-лазеров попадает в окно прозрачности атмосферы 8-14 мкм.

Однако спектр излучения типичных С02-лазеров - ограничен набором отдельных линий генерации (около' 80) обычных (традиционных) колебательно-вращательных полос 00°1-10°0 (02°0) в диапазоне 9,2-10,8 мкм, что существенно сужает круг решаемых задач при их использовании во многих приложениях, связанных с резонансным воздействием излучения на вещества, в том числе и для трассового газоанализа, значительно сокращая список детектируемых газов. Поэтому крайне важно расширить спектр генерации СОг-лазеров предназначенных для лидарного зондирования.

Наиболее перспективным способом расширения спектра генерации СОг-лазера является создание молекулярных газовых лазеров с резонансной оптической накачкой излучением СОг-лазера (NH3, CF4, С2Н2 и т.д.). Среди всех лазеров этого типа аммиачный лазер, накачка которого происходит с помощью линии 9R(30) TEA СО2 лазера, является наиболее подходящим для лидарного зондирования. Во-первых, его спектр излучения, дискретно перекрывающий спектральный диапазон 11-13,5 мкм (около 33 линии), попадает в окно прозрачности атмосферы 8-14 мкм. К тому же в этот диапазон попадают полосы и линии поглощения многих газов и загрязнителей, недоступных для зондирования с помощью СО2 лазера. Во-вторых, этот лазер обладает высоким КПД, который может достичь величин вплоть до 30% и также малой расходимостью благодаря тому, что его накачка осуществляется резонансным оптическим способом. В-третьих, ширина линии генерации - достаточно узка (2-5х10~2 см-1), что улучает точность измерений методом дифференциального поглощения. Эти обстоятельства стимулировали постановку и проведение исследований, являющихся предметом настоящей работы.

Цель диссертационной работы.

Целью настоящей работы является всестороннее теоретическое и экспериментальное исследование особенностей лидара дифференциального поглощения (ДП), работающего в режиме прямого детектирования, на основе лазерного комплекса, содержащего TEA СО2 и аммиачный лазеры, направленное на создание лидарной системы для мониторинга окружающей среды в спектральном диапазоне 9-13,5 мкм. Основные задачи решаемые, при выполнении диссертационной работы:

1. Исследование основных характеристик NH3-N2 лазера с резонансной оптической накачкой излучением TEA СО2 лазера, направленное на повышение КПД и сопоставление этих параметров с необходимыми параметрами лидарного зондирования.

2. Разработка и анализ оптических схем лазерного излучателя NH3-CO2 лидара дифференциального поглощения.

3. Теоретические исследование возможностей NH3-CO2 лидара дифференциального поглощения для зондирования типичных загрязнителей таких, как фреоны, диоксины и ядовитые вещества.

4. Изучение влияния различных факторов на параметры NH3-CO2 лидара дифференциального поглощения. Оценка дальности действия лидара и его чувствительности в разных условиях зондирования.

Научная новизна работы.

1. Предложена и реализована оригинальная оптическая схема двухчастотного излучателя NH3-CO2 лидара дифференциального поглощения. Благодаря сочетанию двух лазеров NH3-N2 и TEA СО2 предложенная схема позволяла перекрывать спектральный диапазон 9-13,5 мкм и решать проблему пространственно-временного совмещения лазерных пучков необходимых для зондирования.

2. Впервые проведено теоретическое исследование конкретных параметров лидара дифференциального поглощения на основе NH3-N2 лазерного излучателя: дальность действия лидара, его чувствительность и база спектральных данных, в которой содержатся все возможные спектры поглощения детектируемых газов на линиях аммиачного и TEA СО2 лазеров.

3. Выполнено моделирование оптических характеристик атмосферного аэрозоля на линиях аммиачного лазера в спектральном диапазоне 11-13,5 мкм и изучено их влияние на параметры предложенного NH3-CO2 лидара ДП.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Лидар дифференциального поглощения на основе TEA СО2 и аммиачного лазеров является очень эффективным для чувствительного зондирования многих газовых загрязнителей таких, как фреоны, диоксины и некоторые ядовитые вещества.

2. Предложенная оптическая схема двухчастотного излучателя NH3-CO2 лидара дифференциального поглощения удовлетворяет всем требованием лидарного зондирования и решает известные проблемы предыдущих лидаров такого типа (проблема пространственно-временного совмещения лазерных пучков необходимых для зондирования).

3. Характеристики NH3-CO2 лидара в приземном слое на линиях генерации аммиачного лазера и на линиях TEA СО2 лазера около 10,6 мкм (полоса 00°1-10°0) - соизмеримы, но в три раза меньше тех на линиях TEA СО2 лазера около 9,6 мкм (полоса 00°1-02°0). С увеличением атмосферной влажности до величин 90-95% характеристики NH3-CO2 лидара на линиях генерации аммиачного лазера улучаются и достигают характеристик на линиях TEA СО2 лазера около 9,6 мкм (полоса 00°1—02°0).

4. Дальность действия предложенного NH3-CO2 лидара меняется от 270 м до 8,3 км в зависимости от линии генерации лазера, состояния атмосферы и типа КРТ детектора (HgCdTe детектор, охлаждаемый жидким азотом или нет), причем максимальная дальность наблюдается в субарктической зимней атмосфере и минимальная в тропической атмосфере.

5. Измерение концентрации фреона-11 порядка 50 млрд-1 с помощью NH3-CO2 лидара можно провести на расстояниях от 2,5 до 5 км с пространственным разрешением равным 150 м.

Практическая ценность работы.

В настоящей работе впервые исследованы возможность и перспективность использования аммиачного лазера в лидарных системах. Впервые исследованы параметры лидара дифференциального поглощения в очень привлекательном спектральном диапазоне (11-13,5 мкм). К тому же предложенная и реализованная новая оптическая схема двухчастотного излучателя NH3-CO2 лидара позволяет использовать линии генерации двух лазеров NH3 и СО2 для зондирования атмосферы в спектральном диапазоне 11-13,5 и 9—11 мкм, соответственно, и эффективно решать проблему пространственно-временного совмещения двух лазерных пучков, необходимых для зондирования методом ДП.

В результате диссертационной работы предложена экономичная лидарная система очень перспективная для зондирования многих опасных загрязнителей таких, как фреоны, диоксины и ряд ядовитых веществ.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием известных алгоритмов с оценками погрешностей численных решений, современным уровнем использовавшегося диагностического и измерительного оборудования, сравнением результатов, представленных в диссертационной работе, с ранее полученными данными.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы регулярно докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры общей физик МФТИ, а также на следующих конференциях:

1. XLVIII научная конференция Московского физико-технического института "Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук". —Долгопрудный. 26-27 ноября 2005 г.

2. International Conference on Laser and Electro-Optic, International Quantum Electronics and Laser Science Conference (CLEO/QEL-2006), Session Stand-off-sensing, Long Beach, California, USA, May 21-26, 2006.

3. XII International Conference on Laser Optics (L0'2006), Session High Power Gas Laser, St. Petersburg, Russia, June 26-30, 2006.

Публикации

Содержание диссертационной работы отражено в 8 работах [104, 110, 152, 212— 216]. Из них 4 — опубликованы в центральных научных рецензируемых журналах, 3 - в тематических сборниках статей и сборниках тезисов и докладов и одно учебное пособие для студентов МФТИ по специальности "физика лазерных и ионно-плазменных технологий" (направление "Прикладные физика и математика").

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Работа содержит 150 страниц текста, 27 таблиц и иллюстрирована 59 рисунками. Список литературы содержит 216 наименования.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Доказана перспективность NH3-CO2 лидара для зондирования различных веществ таких, как диоксины, фреоны, некоторые ядовитые и отравляющие вещества.

2. Создан и исследован лазерный комплекс, содержащий TEA СО2 лазер и NH3 лазер с резонансной оптической накачкой, в котором осуществлено пространственно-временное совмещение двух лазерных пучков с разными длинами волн.

3. Показано, что дальность действия лидара меняется от 270 м до 8,3 км в зависимости от линии генерации лазера, состояния атмосферы и типа детектора.

4. Установлено, что чувствительность лидара очень высока - для некоторых веществ, таких как фреон-11, она составляет порядка 50 млрд-! на расстояниях от 3,5 до 5 км с пространственным разрешением 150 м.

5. Создана база спектральных данных различных веществ детектируемых NH3-CO2 лидаром ДП, которая является основным элементом разработанного для него программного обеспечения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Зуев В.Е., Зуев В.В. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы. — СПб.: Гидрометеоиздат, 1992, — 231 с.

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

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

4. Browell E.V. Lidar Measurements of Troposphere Gases II Opt. Eng. — 1982, — Vol. 21, —P. 128-132.

5. Sakai Т., Shibata Т., Iwasaka Y. Relative humidity, backscattering ratio and depolarization ratio as derived from Raman lidar observation II J. Meteorological Soc. Japan — 1997, — Vol. 75, — P. 1179-1184.

6. Bisson S.E., Goldsmith J.E., Mitchell M.G. Narrow-band, narrow-field-of-view Raman lidar with combined day and night capability for tropospheric water-vapor profile measurements II Appl. Opt. — 1999, — Vol. 38, —P. 1841-1849.

7. Андреев Ю.М., Гейко П.П., Самахвалов И.В. Зондирование газовых загрязнений атмосферы методом дифференциального поглощения в ИК области спектра II Оптика атмосферы и океана, — 2003, — Vol. 16, №9, — С. 783-791.

8. Fujii Т. et al. Dual differential absorption lidar for the measurement of the atmospheric S02 of the order of parts in l(f II Appl. Opt., — 2001, — Vol. 40, № 6, — P. 949-956.

9. Rodriguez M., Bourayou R. et al. (9 co-authors) Femtosecond LIDAR: new perspectives of atmospheric remote sensing II Proc. of SPIE — 2003, — Vol. 5149, — P. 135-146.

10. Mejean G., Kasparian J. et al. Remote Detection and Identification of biological aerosol using a femtosecond terawatt lidar system II Appl. Phys. В — 2004, — Vol. 78, № 5, — P. 535-537.

11. Абрамочкин А.И., Кауль Б.В., Тихомиров A.A. Оптимизация приемной системы лидара: 2. Пространственные фильтры И Оптика атмосферы и океана— 1999, — Т. 12, №4, —С. 345-356.

12. Кауль Б.В. Обобщенные характеристики лидаров // Оптика атмосферы и океана — 1989, — Т. 2, № 2, — С. 211-215.

13. Абрамочкин А.И., Тихомиров А.А. Оптимизация приемной системы лидара: К оценке эффективности приемных объективов различного типа // Оптика атмосферы и океана — 1998, Т. 11, № 8, — С. 899-908.

14. Абрамочкин А.И., Кауль Б.В., Тихомиров А.А. Оптимизация приемной системы лидара: 3. Анализаторы состояния поляризации // Оптика атмосферы и океана — 1999, — Т. 12, № 7, — С. 643-652.

15. Тихомиров А.А. Анализ методов и технических средств сжатия динамического диапазона лидарных сигналов И Оптика атмосферы и океана — 2000, — Т. 12, № 2,1. С. 208-219.

16. Vesselovskii I.A. et al. Inversion of multiwavelength Raman lidar data for retrieval of bimodal aerosol size distribution И Appl. Opt. — 2002, — Vol. 43, — P. 1180-1195,

17. Vesselovskii I. et al. Information content of multiwavelength lidar data with respect to microphysical particle properties derived from eigenvalue analysis II Appl. Opt. — 2005, — Vol. 44, № 25, — P. 5292-5303.

18. Bissonette L.R., Hutt D.L. Multiple scattered aerosol lidar returns: inversion method and comparison with in situ measurements II Appl. Opt. — 1995, — Vol. 34, — P. 6959-6975.

19. Van de Hulst H.C. Light scattering by small particles — NY: John Wiley & Sons Inc., 1957, —536 c.

20. Ивлев Jl.C., Андреев С.Д. Оптические свойства атмосферных аэрозолей. — JL: Изд. ЛГУ, 1986, —360 с.

21. Sugimoto N. Two-color dual-polarization pulsed bistatic Lidar for measuring water cloud droplet size II Opt. Rev. — 2000, — Vol. 6, № 3, — P. 235-240.

22. Whiteman D.N., Melfi S.H., Ferrare R.A. Raman lidar system for the measurements of water vapor and aerosols in the Earth's atmosphere II Appl. Opt. — 1992, — Vol. 31,1. P. 3068-3082.

23. Whiteman D.N., Melfi S.H. 9th ARM Science Team Meeting Proceedings, San Antonio, Texas, March 22-26 (1999).

24. Melfi S.H., Evans K.D., Jing Li, Whiteman D.N., Ferrare R., Schwemmer G. Observation of Raman scattering by cloud droplets in the atmosphere II Appl. Opt. — 1997, — Vol. 36, — P. 3551-3559

25. Ansmann A., Riebesell M. et al. Combined Raman elastic-backscattering LIDAR for vertical profiling of moisture, aerosol extinction, backscatter and LIDAR ratio // Appl. Phys. В — 1992, — Vol. 55, — P. 18-28.

26. Bissonette L.R., Hutt D.L. Multiple scattered aerosol lidar returns: inversion method and comparison with in situ measurements II Appl. Opt. — 1995, — Vol. 34, — P. 6959-6975.

27. Bissonnette L.R. et al. LIDAR multiple scattering from clouds II Appl. Phys. В — 1995,1. Vol. 60, —P. 355-362.

28. Grant W.B. Differential Absorption and Raman Lidar for Water Vapor Profile Measurements: a Review II Opt. Eng. — 1991, — Vol. 30, № 1, — P. 40-48.

29. Higdon N.S., Browell E.V, et al (11 co-authors) Airborne differential absorption lidar system for measurements of atmospheric water vapor and aerosols II Appl. Opt. — 1994,

30. Vol. 33, № 27, — P. 6422-6437.

31. Wulfmeyer V. Ground-Based Differential Absorption Lidar for Water-Vapor and Temperature Profiling: Development and Specifications of a High-Performance Laser Transmitter И Appl. Opt. — 1998, — Vol. 37, № 18, — P. 3804-3824

32. Behrendt A., Wulfmeyer V. Combining water vapor DIAL and rotational Raman lidar for humidity, temperature, and particle measurements with high resolution and accuracy II Proc. of SPIE — 2003, — Vol. 5154, — P. 61-64.

33. Ferrare R. et al. Airborne DIAL and ground-based Raman lidar measurements of water vapor over the Southern Great Plains II Proc. of SPIE — 2003, — Vol. 5154, — P. 5260.

34. Зуев В.В., Катаев М.Ю. и др. Лидарный метод дифференциального поглощения (ЦП): Современное состояние исследований II Оптика атмосферы и океана — 1995,

35. Т. 8, № 8, — С. 1137-1164.

36. Mayer A., Comera J. et al. Absorption coefficients of various pollutants gases at CO2 laser wavelengths: application to the remote sensing of those pollutants II Appl. Opt. — 1978, —Vol. 17, № 3, — P. 391-393.

37. Rothman L.S., Barbe A. et al. (29 co-authors) The HITRAN Molecular Spectroscopic Database: Edition of 2000 Including Update Through 2001 II JQSRT — 2003, — Vol. 82, —P. 5-44.

38. Jacquinet-Husson N., Arie E., Chursin A.A. et al (48 co-authors) The 1997 Spectroscopic GEISA DatabankIIJQSRT — 1999, — Vol. 62, — P. 205-254.

39. Мицель A.A. Выбор оптимальных спектральных каналов для решения задач абсорбционного газоанализа и локации: часть 1. общий алгоритм и критерий поиска II Оптика атмосферы и океана — 1992, — Т. 5, № 9, — С. 978-985.

40. Катаев М.Ю., Мицель А.А. Выбор оптимальных спектральных каналов для решения задач абсорбционного газоанализа и локации: часть 2. Алгоритм поиска II Оптика атмосферы и океана — 1992, — Т. 5, № 9, — С. 979-994.

41. Андреев Ю.М., Зуев В.В., Рамоновский О.А. Автоматизированная система поиска оптимальных длин волн для лазерного газоанализа методом дифферащиального поглощения. Ч. 1. Методика поиска // — М.: Деп. в ВИНИТИ, №4058-В88,1988,-45 с.

42. Futuchi Т., Fujii Т. et al. Evaluation of differential absorption lidar (DIAL) measurement error by simultaneous DIAL and null profiling II Opt. Eng. — 2001, — Vol. 40, № 3, — P. 392-397.

43. Grant W.B. et al. C02 DIAL Measurements of Water Vapor II Appl. Opt. — 1987, — Vol. 26, № 15, — P. 3033-3042.

44. Kovalev V.A., Eichinger W.E., Elastic Lidar: Theory, Practice and Analysis Methods — NY: JWS Inc., 2004, —615 c.

45. Sasano Y., Browell E.V., Ismail S. Error caused by using a constant extinction/backscattering ratio in the lidar solution II Appl. Opt. — 1985, — Vol. 24, № 22, —P. 3929-3932.

46. Parameswaran K.K. et al. Relationship between backscattering and extinction coefficients of aerosols with application to turbid atmosphere II Appl. Opt. — 1991, — Vol. 30, № 21, — P. 3059-3064.

47. Зуев B.E., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы — Л.: Гидрометеоиздат, 1986,-255 с.

48. Klett J.D. Stable analytical inversion solution for processing lidar returns II Appl. Opt. — 1981, — Vol. 20, № 2, — P. 211 -220.

49. Klett J.D. Lidar inversion with variable backscatter/extinction ratios // Appl. Opt. — 1985, —Vol. 24, №11, —P. 1638-1643.

50. Kovalev V.A. Lidar measurement of the vertical aerosol extinction profiles with range-dependent backscattering-to-extinction ratios II Appl. Opt. — 1993, — Vol. 32, № 30,1. P. 6053-6065.

51. Nebuloni R. Empirical relationships between extinction coefficient and visibility in fog II Appl. Opt. — 2005, — Vol. 44, № 18, — P. 3795-3804

52. Velotta R., Bartoli B. et al. Analysis of the Receiver Response in Lidar Measurements II Appl. Opt. — 1998, — Vol. 37, № 30, — P. 6999-7007.

53. Hallodorsson Т., Langerholc J. Geometrical form factor for the lidar function II Appl. Opt. — 1978, — Vol. 17, № 2, — P. 240-244.

54. Harms J., Lahmann W., Weitkamp C. Geometrical compression of lidar return signals II Appl. Opt.— 1978, —Vol. 17,№7, —P. 1131-1135.

55. Harms J. Lidar return signals for coaxial and noncoaxial systems with central obstruction II Appl. Opt. — 1979, — Vol. 18, № 10, — P. 1559-1566.

56. Young S.A. Lidar system optical alignment and its verification II Appl. Opt. — 1987, — Vol. 26, № 9, — P. 1612-1616.

57. Sassano Y., Shimizu H. et al. Geometrical form factor in the laser radar equation: an experimental determination II Appl. Opt. — 1979, — Vol. 18, № 23, — P. 3908-3910.

58. Dho S.W., Park Y.J, Kong H.J. Experimental determination of a geometrical form factor in a lidar equation for an inhomogeneous atmosphere II Appl. Opt. — 1997, — Vol. 36, №24, —P. 6009-6010.

59. Катаев М.Ю. Методические основы обработки данных лазерного трассового газоанализа И Оптика Атмосферы и океана — 2001, — Т. 14, № 9, — С. 782-787.

60. Арефьеф В.Н., Бугрим Г.И., Вишератин К.Н. Учет параметров атмосферы в лазерном дистанционном газоанализе II Изв. РАН Сер. ФАО — 1992, — Т. 28, № 4,1. С. 391-397.

61. Staeher W., Lahmann W., Weitkamp C. Range-resolved differential absorption lidar: optimization of range and sensitivity // Appl. Opt. — 1985, — Vol. 24, № 13, — P. 1950-1956.

62. Зуев В.В., Рамоновский О.А. К учету систематических погрешностей в лидарном методе дифференциального поглощения II — М.: Деп. в ВИНИТИ, № 4675-В87, 1987, —48 с.

63. Schotland R.M. Errors in the lidar measurement of atmospheric gases by differential absorption II J. of Applied Meteorology — 1974, — Vol. 13, — P. 71-77.

64. Андреев Ю.М., Воеводин В.Г. и др. Трассовый газоанализатор на основе перестраиваемого СО2лазера с удвоением частоты И ЖПС — 1987, — Т. 47, № 1, — С. 15-20.

65. Зуев В.Е., Кабанов М.В. и др. Эффективное параметрическое преобразование частоты ИК-лазеров и их применение II Изв. АН СССР сер. Физ. — 1988, — Т. 52, №6, —С. 1042-1048.

66. Bristow М.Р. et al. Signal linearity, gain stability, and gating in photomultipliers: application to differential absorption lidars II Appl. Opt. — 1995, — Vol. 34, № 21, — P. 4437-4452.

67. Killinger D.F., Menyuk N. Temporal correlation measurements of pulsed CO2 LIDAR returns II Opt. Lett. — 1981, — Vol. 6, № 6, — P. 301-303.

68. Menyuk N., Killinger D.K. Assessment of relative error source in IR DIAL measurements accuracy И Appl. Opt. — 1983, — Vol. 22, № 17, — P. 2690-2698.

69. Grant W.B., Brothers A.M., Bogan J.R. Differential Absorption Lidar Signal Averaging //Appl. Opt.— 1988, —Vol. 27, № 10, —P. 193Ф-1938.

70. Fastig S., Cohen A. Fluctuations in backscattered signals due to turbulence in near-IR and visible lidar measurements II Appl. Opt. — 1988, — Vol. 27, № 10, — P. 19391942.

71. Menyuk N., Killinger D.K., Menyuk C.R. Limitation of signal averaging due to temporal correlation in laser remote-sensing measurements II Appl. Opt. — 1982, — Vol. 21, № 18, —P. 3377-3383.

72. Harney R.C. Laser PRF Considerations in Differential Absorption Lidar Applications II Appl. Opt. — 1983, — Vol. 22, № 23, — P. 3747-3750.

73. Milton J.T.M., Woods P.T. Pulse averaging methods for a laser remote monitoring system using atmospheric backscatter II Appl. Opt. — 1987, — Vol. 26, № 13, — P. 2598-2603.

74. Menyuk N., Killinger D.K., Menyuk C.R. Error Reduction In Laser Remote Sensing: Combined Effects of Cross Correlation and Signal Averaging II Appl. Opt.—1985, — Vol. 24, № 1, —P. 118-130.

75. Firsov K.M., Kataev M.Yu. et al. The Computer Code SAGDAM for Simulating The Laser Sounding of Atmospheric Gases IIJQSRT — 1999, — Vol. 61, № 1, — P. 25-37.

76. Loper G.L., Sasaki G.R., Stamps M.A. Carbon Dioxide Laser Absorption Spectra of Toxic Industrial Compounds // Appl. Opt. — 1982, — Vol. 21, № 9, — P. 1648-1653.

77. Megie G., Menzies R.T. Complementary of UV and IR differential absorption lidar for global measurements of atmospheric species II Appl. Opt. — 1980, — Vol. 19, № 7, — P. 1173-1183.

78. Moulton P. et al. Recent advances in solid state lasers and nonlinear optics for remote sensing II Proc. of SPIE — 2003, — Vol. 4893, — P. 193-202.

79. Reid J., Sinclair L. et al. High sensitivity detection of trace gases at atmospheric pressure using tunable diode laser // Optical and Quantum Electronics — 1985, — Vol. 17, — P. 31-39.

80. Shafrin K.S. Simple relationships for the Angstrom parameter of disperse systems II Appl. Opt. — 1995, — Vol. 34, № 21, — P. 4480-4485.

81. Cahen C., Megie G. A spectral Limitation of the range resolved differential absorption lidar techniques II JQSRT — 1981, — Vol. 25, — P. 151-157.

82. Norton P. HgCdTe Infrared Detectors II Opto-EIectronics Review. — 2002, — Vol. 10, №3, —P. 159-174.

83. Фотоприемники видимого и ИК диапазонов / Под ред. Р. Дж. Киеса: Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1985, — 328 с.

84. Hardesty R.M. Coherent DIAL measurement of range-resolved water vapor concentration II Appl. Opt. — 1984, — Vol. 23, № 15, — P. 2545-2553.

85. Roadcap J.R. et al. Heterodyne CO2 DIAL and its measurements II Proc. of SPIE — 1997, — Vol. 3127, — P. 201-211.

86. Killinger D.F., Menyuk N., De Feo W.E. Experimental comparison of heterodyne and direct detection for pulsed differential absorption CO2 lidar II Appl. Opt. — 1983, — Vol. 22, №5, —P. 682-689.

87. Duarte F.J. Tunable Lasers: Hand Book. — NY: Academic Press Inc., 1995, — 477 c.

88. Городничев B.A., Козницев В.И. Мониторинг загрязнений атмосферы с помощью лидара дифференциального поглощения в инфракрасной области спектра II Оптика атмосферы и океана— 1994, — Т. 7, № 10, — С. 1410-1414.

89. Menyuk N., Killinger D.K. Atmospheric Remote Sensing of Water Vapor, HCl and CH4 Using a Continuously Tunable Co.MgFi Laser И Appl. Opt. — 1987, — Vol. 26, № 15,1. P. 3061-3065.

90. Prasad C.R. et al. Tunable IR differential absorption lidar for remote sensing of chemicals II Proc. of SPIE — 1998, — Vol. 3757, — P. 87-95.

91. Ambrico P.F., Amodeo A. et al. Tunable Lidar System Based on IR OPA Laser Source II Proc. of SPIE — 1998, — Vol. 3504, — P. 111-118.

92. Agroskin V.Y. et al. Multifrequency Sounding With DF Laser-Based Lidar System: Preliminary Results И Proc. of SPIE — 2004, — Vol. 5416, — P. 245-252.

93. Philippov P.G. et al. DIAL infrared lidar for monitoring of main pipelines and gas industry objects И Proc. of SPIE — 1998, — Vol. 3504, — P. 119-127.

94. Geiger A.R. et al. Mid-infrared multi-wavelength source for lidar applications // Proc. of SPIE — 1998, — Vol. 3380, — P. 63-69.

95. Romanovskii O.A., Kharchenko O.V. Application of airborne lidars based on mid-IR gas lasers for gas analysis of the atmosphere И Proc. of SPIE — 2004, — Vol. 5743, — P. 441-448.

96. Lee S.W. et al. Concentration measurements of methane source with an OPO-based differential absorption lidar system И Proc. of SPIE — 1999, — Vol. 3757, — P. 96102.

97. Prasad N.S., Geiger A.R. Remote sensing of propane and methane by means of a differential absorption lidar by topographic reflection II Opt. Eng. — 1996, — Vol. 35,1. P. 1105-1111.

98. Grant W.G. He-Ne and CW CO2 laser long-path systems for gas detection II Appl. Opt.1986, — Vol. 25, № 9, — P. 709-719.

99. Murray E.R. Remote measurement of gases using discretely tunable infrared lasers II Opt. Eng. — 1977, — Vol. 16, № 3, — P. 284-290.

100. Rothe K.W. Monitoring of Various Atmospheric Constituents Using a CW Chemical Hydrogen/Deuterium Laser and a Pulsed Carbon Dioxide Laser // The Radio and Electronic Engineer — 1980, — Vol. 50, № 11-12, — P. 567-574.

101. Uthe E.E. Airborne CO2 DIAL measurement of atmospheric tracer gas concentration distributions II Appl. Opt. — 1986, — Vol. 25, № 15, — P. 2492-2498.

102. Andreev Y.M., Geiko P.P., Sherstov I.V. Development and testing of the lidar gas analyzing complex И Proc. of SPIE — 1999, — Vol. 3983, — P. 386-394.

103. Karapuzikov A.I., Matvienko G.G. et al. Using TEA CO2 laser radiation harmonics in helicopter borne lidar for controlling leakage of toxic and dangerously explosive gases II Proc. of SPIE — 1999, — Vol. 3983, — P. 476- 487.

104. Karapuzikov A.I., Igor Sherstov, et al. Setup for long-range DIAL lidar И Proc. of SPIE2000, — Vol. 4063, — P. 255-259.

105. Васильев Б.И., Желтухин А.А., Маннун У.М. Оптическая схема двухчастотного излучателя NH3-CO2 лидара в спектральном диапазоне 9-13,5 мкм II Краткое Сообщение по Физике — 2004, № 7, — С. 22-24.

106. Schwiesow R.L., Cupp R.E., et al. Aerosol backscatter coefficient profiles measured at 10.6 цт II J. of Applied Meteorology — 1981, — Vol. 20, — P. 184-194.

107. Grant W.B. The Mobile Atmospheric Pollutant Mapping (MAPM): a Coherent CO2 DIAL System И Proc. of SPIE — 1989, — Vol. 1062, — P. 172-189.

108. Carlisle C.B., Van der Laan J.E. et al. CO2 laser-based differential absorption lidar system for range-resolved and long-range detection of chemical vapor plumes И Appl. Opt. — 1995, — Vol. 34, № 27, — P. 6187-6200.

109. Васильев Б.И., Грасюк А.З. и др. Мощный эффективный NH3—лазер с оптической накачкой, перестраиваемый в диапазоне 770-890 см1 // Квантовая Электроника1980, —Т. 7, № 1, —С. 116-122.

110. Васильев Б.И., Маннун У.М. Расчет оптимачъных параметров NH3-COj-л ид ара II Квантовая Электроника — 2005, — Т. 35, № 6, — С. 563-568.

111. Васильев Б.И., Ястребков А.Б. NH3-CO2 лидар дифференциального поглощения в диапазоне 9-13,5 мкм II Известия РАН сер. Физ. — 1994, — Т. 58, № 2, — С. 202206.

112. Баранов В.Ю., Бобков И.В., Дядькин А.П. и др. Многоволновый аммиачный лидар: Препринт — Троицк, ТРИНИТИ, 1998, — № 0043-А, — 49 с.

113. Ананьев В.Ю., Васильев Б.И. et al. Двухчастотный лидар на основе аммиачного лазера II Квантовая Электроника — 2000, — Т. 30, № 6, — С. 535-539.

114. Васильев Б.И., Чо Чен Вхан ЫНз-лазер в качестве источника излучения двухчастотного лидара II Квантовая Электроника — 2000, — Т. 30, № 12, — С. 1105- 1106.

115. Ivanov S.V., Ionin А.А. Detection Capabilities of Different Molecular Lasers in Infrared Spectroscopy Diagnostics of Multicomponent Gas Mixture II Proc. of SPIE — 2003, — Vol.5149, —P. 161-168.

116. Killinger D.F., Menyuk N. Remote Probing of the Atmosphere Using a CO2 DIAL System ИIEEEJ. Quant. Elect. — 1981, —Vol. 17, №9, —P. 1917-1929.

117. Zuev V.E., Makushkin Yu.S. et al. Lidar Differential Absorption and Scattering Technique: Theory II Appl. Opt. — 1983, — Vol. 22, № 23, — P. 3733-3741.

118. Quagliano J.R., Stoutland P.O., et al Quantitative Chemical Identification of Four Gases in Remote Infrared (9-11 цт) Differential Absorption Lidar Experiments II Appl. Opt.1997, —Vol. 36, №9, —P. 1915-1927.

119. Force A.P., Killinger D.K. et al. Laser Remote Sensing of Atmospheric Ammonia Using a C02 Lidar System И Appl. Opt. — 1985, — Vol. 24, № 17, — P. 2837-2841.

120. Chimelis V. Extinction of C02 Laser Radiation By Fog and Rain II Appl. Opt. — 1982,

121. Vol. 21, № 18, — P. 3367-3372.

122. Fox J.A., Gautier C.R., Ahi J.L. Practical Considerations For The Design of CO2 Lidar Systems И Appl. Opt. — 1988, — Vol. 27, № 5, — P. 847-855.

123. Zhao Y. Line-pair Selections for Remote Sensing of Atmospheric Ammonia By Use of a Coherent C02 Differential Absorption Lidar System II Appl. Opt. — 2000, — Vol. 39, № 6, —P. 997-1007.

124. Карапузиков А.И. и др. Возможность применения вертолетного лидара на основе излучателя перестраиваемого TEA СО2 лазера для обнаружения утечек метана II Оптика атмосферы и океана — 1999, — Т. 12, № 4, — С. 364-371.

125. Voitsekhovckaya O.K., Aksenova E.N., Shatrov F.G. Influence of CO2 Laser Linewidth on The Measured Absorption Coefficients of Atmospheric Water Vapor and Ammonia II Appl. Opt. — 1999, — Vol. 38, № 12, — P. 2337-2341.

126. Persson U., Marthinsson В., Johansson J., Eng S.T. Temperature and Pressure Dependence of NH3 and C2H4 Absorption Cross Sections at CO2 Laser Wavelengths II Appl. Opt. —1980, —Vol. 19, № 10, —P. 1711-1715.

127. Арефьеф B.H. Пропускание тропосферой излучения лазеров на молекулах различных изотопов углекислого газа II Квантовая Электроника — 1985, — Т. 12, №3, —С. 631-634.

128. Погодаев В.А. Прозрачность приземной атмосферы для излучения импульсного С02-лазера // Оптика атмосферы и океана — 1993, — Т. 6, № 4, — С. 339-344.

129. Melngails I., Keicher W.E. et al. Laser Radar Component Technology II Proc. of the IEEE — 1996, — Vol. 84, № 2, — P. 227-267.

130. Zhao Y., Hardesty R.M. Technique for Correcting Effects of Long C02 Laser Pulses in Aerosol Backscattered Coherent Lidar Returns II Appl. Opt. — 1988, — Vol. 27, № 13,1. P. 2719-2729.

131. Gautier C.R., Fox J. A., Ahi J.L. Evaluation of Galvanometric Scanner for Rapid Tuning of CO2 Laser II Proc. of SPIE— 1989, —Vol. 1042, —P. 103-109.

132. Fox J., Ahi J. High Speed Tuning Mechanism for CO2 Lidar Systems II Appl. Opt. — 1986, — Vol. 25, № 21, — P. 3830-3834.

133. Piatt C.M.R., Takashima T. Retrieval of Water Cloud Properties from Dioxide Lidar Sounding И Appl. Opt. — 1987, — Vol. 26, № 7, — P. 1257-1263.

134. Nordstrom R.J. Automatic Frequency Control of Pulsed CO2 Lasers II Proc. of SPIE — 1988, — Vol. 902, — P. 138-143.

135. Иващенко M.B., Шерстов И.В. Дальность действия лидара дифференциального поглощения на основе С02-лазера II Квантовая Электроника — 2000, — Т. 30, № 8,1. С. 747-752.

136. Pethran J.C. Differential Backscatter from The Atmospheric Aerosol: The Implications for IR Differential Absorption lidar И Appl. Opt. — 1981, — Vol. 20, № 22, — P. 39413946.

137. Zuev V.E., Zuev V.V., Makushkin Yu.S. et al. Laser Sounding of Atmospheric Humidity: Experiment И Appl. Opt. — 1983, — Vol. 22, № 23, — P. 3742-3746.

138. Baker P. W. Atmospheric Water Vapor Differential Absorption Measurements on Vertical Paths with a C02 Lidar И Appl. Opt. — 1983, — Vol. 22, № 15, — P. 2257-2264.

139. Кольяков С.Ф., Малявкин Jl.П. JIudap дифференциального поглощения на основе TEA СО2 лазера II Квантовая Электроника — 1988, — Т. 15,№ 1, —С.212-217

140. Murray E.R., Van der Laan J.E. Remote Measurement of Ethylene Using a CO2 Differential Absorption Lidar II Appl. Opt.— 1978, —Vol. 17,№5,— P. 814-817.

141. Menyuk N., Killinger D.K., DeFeo W.E. Laser Remote Sensing of Hydrazine, MMH, and UDMH Using a Differential Absorption C02 Lidar И Appl. Opt. — 1985, — Vol. 24, № 17, —P. 2837-2841.

142. Leonelli J., Holland P.L., Van Der Laan J.E. Multiwavelength and Triple CO2 Lidar for Trace Gas Detection И Proc. of SPIE — 1989, — Vol. 1062, — P. 203-216.

143. Hoffland L.D., Piffath R.J., Bouck J.B. Spectral Signatures of Chemical Agents and Stimulants И Opt. Eng. — 1985, — Vol. 24, № 6, — P. 982-984.

144. Борейшо A.C. и др. Мобильные многоволновые лидарные комплексы // Квантовая Электроника —2005, —Т. 35, № 12, —С. 1167-1178.

145. Бубличенко И.А., Моконжкин Б.Е. Лазерный газоанализатор для поиска утечек газа из подземных газопроводов IIПТЭ — 1999, № 5, — С. 126-129.

146. Астахов В.И., Бурмистров А.С. и др. Лазерный контроль содержания метана и окиси углерода в приземном слое атмосферы II Оптика атмосферы и океана — 1988, —Т. 1,№ 10, —С. 65-69.

147. Houston J.D., Sizgoric S. et al. Raman Lidar System for Methane Gas Concentration MeasurementsII Appl. Opt.— 1986, —Vol. 25,№ 13, —P. 2115-2121.

148. Bellecci C., Caputi G. et al. Water Vapor and Ozone Profile with a CO2 DIAL System in South Italy II Proc. of SPIE — 1996, — Vol. 2833, — P. 54-61.

149. Ben-David A. et al. High Pulse Repetition Frequency, Multiple Wavelength, Pulsed CO2 System for Atmospheric Transmission and Target Reflectance Measurements II Appl. Opt. — 1992, — Vol. 31, № 21, — P. 4224- 4232.

150. Heinrich H.J., Weitkamp C. et al. Shipborne DF Laser Lidar for Depth-Resolved Measurement of Hydrogen Chloride II In: 12th ILRC —1984, Aix en Province, France, August 13-17.

151. Boreisho A.S., Volodenko V.A. et al. Mobile Lidar Complex for Ecological Monitoring of The Atmosphere //Proc. of SPIE —2004, —Vol. 5479, —P. 177-186.

152. N. Menyuk, Killinger D., DeFeo W. Remote sensing of NO using a differential absorption lidar II Appl. Opt. — 1980, — Vol. 19, № 19, — P. 3282-3289.

153. Васильев Б.И., Маннун У.М. ИК лидары для экологического мониторинга атмосферы: Учебное пособие. — М.: МФТИ, 2005. — 71 с.

154. Chang T.Y., McGee J.D. Laser action at 12.812 pm in optically pumped NH3 II Appl. Phys. Lett. — 1976, № 28, — P. 526-528.

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

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

157. Jacobs R.R., Prosnitz D. et al. Laser generation from 6- to 35- jum following two-photon excitation of ammonia И Appl. Phys. Lett. — 1976, — Vol. 29, № 11, — P. 710-712.

158. Fry S.M. Optically pumped multi-line NH3 laser II Opt. Comm. — 1976, — Vol. 19, № 3, —P. 320-324.

159. Васильев Б.И., Грасюк A.3., Дядькин А.П. Мощный импульсный ЫНз-лазер с оптической накачкой излучением СО2 лазера II Квантовая Электроника — 1977, — Т. 4, №8, —С. 1805-1807.

160. Baranov V.Yu., Vasiliev B.I., Velikhov E.P. et al. Multiwatt optically pumped ammonia laser operation in the 12-13 fjm II Appl. Phys. — 1978, — Vol. 17, — P. 317-320.

161. Васильев Б.И., Грасюк А.З. и др. Светопроводный аммиачный лазер с растровой системой накачки II Квантовая Электроника — 1979, — Т. 6, № 3, — С. 648-651.

162. Ахраров М., Васильев Б.И., Грасюк А.З., Ястребков А.Б. NH3-N2 лазера высокого давления II Квантовая Электроника — 1982, — Т. 9, № 10, — С. 2044-2049.

163. Ахраров М., Васильев Б.И., Грасюк А.З., Ястребков А.Б. Характеристики мощного NH3-N2 лазера с пассивной синхронизацией продольных мод II Квантовая Электроника — 1982, —Т. 9, №4, —С. 655-661.

164. Ахраров М., Васильев Б.И., Грасюк А.З., Ястребков А.Б. Плавная перестройка частоты генерации NH3 лазера внутри контура линии усиления II Квантовая Электроника— 1983, —Т. 10, № 3, — С. 602-607.

165. Ахраров М., Васильев Б.И. и др. Лазер среднего ИК диапазона на изотопозамещенных молекулах аммиака 15Ш1з II Квантовая Электроника —1984, — Т. 11, №4, —С. 845-846.

166. Ахраров М., Васильев Б.И. и др. Плавно перестраиваемый NH3 лазера с накачкой линией 9R(16) СО2 лазера II Квантовая Электроника — 1985, — Т. 12, № 7, — С. 1414-1419.

167. Ахраров М., Васильев Б.И. и др. 15ЫНз лазер с двухфотонной оптической накачкой //Квантовая Электроника— 1986, — Т. 13,№8, —С. 1555-1559.

168. Васильев Б.И. Мощные газовые лазеры среднего ИК диапазона с резонансной лазерной накачкой: Диссертация доктора физико-математических наук, — М.:ФИАН, 1997,-347 с.

169. Tiee J.J., Fischer Т.A., Witting С. High-energy optically pumped molecular lasers in the 13- and 16- pm regions II Rev. Sci. Inst. — 1979, — Vol. 50, № 8, — P. 958-961.

170. Gupta P.K., Kar A.K. et al. 12.8 fjm NH3 laser emission with 40-60% power conversion and up to 28% energy conversion efficiency II Appl. Phys. Lett. — 1981, — Vol. 39, № 1, —P. 32-34.

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

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

173. Deka В.К., Dyer Р.Е., Perera I.K. Subnanosecond mid-infrared laser pulse generation by synchronous mode-locked CO2 laser pumping II Opt. comm. — 1981, — Vol. 37, № 2, — P. 127-132.

174. Shaw E.D., Patel C.K.N. Improved Pumping geometry for high power NH3 Lasers II Opt. comm. — 1978, — Vol. 27, № 3, — P. 419-422.

175. Harrison R.G., Gupta P.K. et al. A simple and efficient optically pumped NH3 laser system II Opt. comm. — 1980, — Vol. 34, № 3, — P. 445-446.

176. Yoshida Т., Yamabayashi N. et al. Infrared and far-infrared laser emissions from а ТЕ C02 laser pumpedNH3 gas II Opt. comm. — 1978, — Vol. 26, № 3, p. 410-414.

177. White J.D., Reid J. Efficient NH3 laser operation in the 16- to 21- fjm region II Appl. Opt. — 1993, —Vol. 32, № 12, —P. 2053-2057.

178. Harrison R.G., Al-Saidi I.A. Experimental evidence of self-pulsing and chaos in an optically pumped 12 fan NH3 laser II Opt. comm. — 1985, — Vol. 54, № 2, — P. 107-111.

179. Harrison R.G., Firth W.J. et al. Observation of period doubling in an all-optical resonator containing NH3 gas II Phys. Rev. Lett. — 1983, — Vol. 51, № 7, — P. 562-565.

180. Mehendale S.C., Harrison R.G., Vass A. Pump intensity dependant cavity mode frequency shifting in a 12.08 цт NH3 laser II Appl. Phys. Lett. — 1986, — Vol. 48, № 14, — P. 894-896.

181. Xizhang Luo, Rumen Qiu Optimized operation of optically pumped NH3 laser emission at 12.08 /мп and 12.81 /on II Proc. of SPIE, — 1996, — Vol. 2842, — P. 143-149.

182. White J.D., Chakrabarti A., Reid J. High Power, High Efficiency Optically Pumped NH3 Lasers II Appl. Phys. В — 1990, — Vol. 51, — P. 371-373.

183. Nilaya J.P., Biswas D.J. Versatile Cavity for Optically Pumped Molecular Lasers II Rev. Sci. Inst. — 2001, — Vol. 72, № 2, — P. 1343-1345.

184. Urban S., Romola D. et al. The M = ±2 Forbidden Band and Inversion-Rotation Energy Levels of Ammonia II Canadian J. of phys. — 1984, — Vol. 62, — P. 1775-1791.

185. Poynter R.L., Margolis J.S. The v2 Spectrum ofNH3 II J. Molecular Physics — 1984, — Vol. 51, №2, — P. 393-412.

186. Gupta P.K., Harrison R.G. Rate Equation Model For Mid IR OPML Having Common Pump and Upper basing Level: Application to 12.8 цт Emission from NH3 II IEEE J. Quant. Elect. — 1981, — Vol. 17, № 11, — P. 2238-2244.

187. Morrison H.D., Garside B.K., Reid J. Dynamics of the Optically Pumped Midinfrared NH3 Laser at high Pump Power Part I: Inversion Gain II IEEE J. Quant. Elect. — 1984, —Vol. 20, №9, —P. 1051-1060.

188. Morrison H.D., Garside B.K., Reid J. Dynamics of the Optically Pumped Midinfrared NH3 Laser at high Pump Power Part II: Raman Gain and AC Stark Shift II IEEE J. Quant. Elect. — 1984, — Vol. 20, № 9, — P. 1060-1064.

189. Криксунов JI.3. Справочник no основам инфракрасной техники. — М., Сов. радио, 1978,-400 с.

190. Maclatchey R.A., Fenn R.W., Selby G.E.A. and Garing J.S. Optical properties of the atmosphere И AFCRL-70-0527, Air Force Cambridge Research Laboratories, Bedford, Massachusetts, 1970.

191. Павловский А.И., Басманов В.Ф., Босамыкин B.C. и др. Электроразрядный СО2 лазер с объемом активной области 0,28 м3II Квантовая Электроника — 1987, — Т. 14, №2, — С. 428-429.

192. Pan Y-L., Bernhardi A.F., Simpson J.R. Construction and Operation of Double-Discharge TEA C02 Laser II Rev. Sci. Inst. — 1972, — Vol. 43, № 4, — P. 661-667.

193. Павловский А.И., Босамыкин B.C., Карелин В.И. Электроразрядный ОКГ с инициированием в активном объеме II Квантовая Электроника — 1976, — Т. 3, № 3, — С. 601-604.

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

195. Brandenberg W.M., Railey M.P., Texeria P.D. Supersonic Transverse Electrical Discharge Laser II IEEE J. Quant. Elect. — 1972, — Vol. 8, № 4, — P. 414-418.

196. Ковалев И.О., Кузьмин Г.П., Нестеренко А.А. Импульсный СО2 лазеры с плазменными катодами / в Сб.: Импульсные СОг лазеры, М.: Наука, физматлит, 1996 (Тр. ИОФАН, Т. 52), стр. 3-91.

197. Witteman W.J. The С02 Laser— Springer, 1987, — 309 с.

198. Борн М., Вольф Э. Основы Оптики — М.: Наука, 1973 — 719 с.

199. Dumanchin R., Rocca-Serra Augmentation de I'Energie et de la Puissance Fournie par Unite de Volume dans un Laser a CO2 en Regime Pulse II C.R., Acad. Sci. — 1969, — Vol. 269, —P. 916-917.

200. Beaulieu A.J. Transversely Excited Atmospheric Pressure CO2 Lasers // Appl. Phys. Lett. — 1970, — Vol. 16, — P. 504-505.

201. Гастилович E.A., Клименко В.Г., Королькова H.B., Нурмухаметов Р.Н. Оптические спектры и фотофизические свойства полихлоированных производных дибензо-п-диоксина II Успехи химии — 2000, — Т. 69, — № 12, — С. 1128-1148.

202. Клименко В.Г.„ Нурмухаметов Р.Н., Гастилович Е.А., Лебедев С.А. Внутримолекулярные колебания молекул полихлордибензо-п-диоксинов симметрии D2h II Молекулярное спектроскопия — 2000, — Т. 88, — № 3, — С. 385-391.

203. Webber М.Е., Pushkarsky М., Patel C.K.N. Optical detection of chemical warfare agents and toxic industrial chemicals II Proc. of SPIE — 2004, — Vol. 5617, — P. 34-45.

204. D. P. Walter et al. Carbon dioxide laser backscatter signatures from laboratory-generated dust II Appl. Opt. — 1986, — Vol. 25, — № 15, — P. 2506-2513.

205. J. C. Petheram Differential backscatter from the atmospheric aerosol: the implications for IR differential absorption lidar И Appl. Opt. — 1981, — Vol. 20, — № 22, — P. 3941-3946.

206. G. S. Kent et al. Modeling atmospheric aerosol backscatter at C02 laser wavelengths. 1: Aerosol properties, modeling techniques, and associated problems II Appl. Opt. — 1983, — Vol.22, — № 11, — P. 1655-1665.

207. G. S. Kent et al. Modeling atmospheric aerosol backscatter at CO2 laser wavelengths. 2: Modeled values in the atmosphere И Appl. Opt. — 1983, — Vol. 22, — № 11, — P. 1666-1670.

208. S. G. Jennings Backscatter and extinction measurements in cloud and drizzle at CO2 laser wavelengths II Appl. Opt. — 1986, — Vol. 25, — № 15, — P. 2499-2505.

209. Borhn C. F., Huffman D. R., Absorption and scattering of light by small Particles — NY: JW & Sons Inc., 1983, — 530 c.

210. Jaenicke R., "Tropospheric Aerosol" in Aerosol Climate Interaction, P. Hobbs, Academic Press, NY, p. 233, (1993).

211. Wiscombe W.J. Improved Mie scattering algorithms II Appl. Opt. — 1980, — Vol. 19, — №9, —P. 1505-1509.

212. Васильев Б.И., Маннун У.М. ИКлидары ДП для зондирования окружающей среды: Обзор II Квантовая Электроника (в печати).

213. Васильев Б.И., Маннун У.М. О коэффициенте аэрозольного обратного рассеяния атмосферы в диапазоне 9-13,5 мкм //Квантовая Электроника (в печати).

214. Vasil'ev B.I., Mannoun O.M. Combining of NH3 and TEA CO2 Lasers for Lidar System, XIIth International Conference on Laser Optics L0-2006, St. Petersburg, Russia, 26-30 June 2006.