Исследование столкновительного уширения спектральных линий Q-ветви водорода молекулами воды в диапазоне температур 2000-3500 К методом КАРС-спектроскопии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Верещагин Алексей Константинович

На правах рукописи ф!

«Исследование столкновительного уширения спектральных линий 2-ветви водорода молекулами воды в диапазоне температур 2000-3500 К методом ЛМРС-спектроскопии».

01.04.21 - Лазерная физика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 7 НОЯ 2011

Москва - 2011

005002492

Работа выполнена в Институте Общей Физики им. A.M. Прохорова Российской Академии Наук

Научный руководитель

Доктор физико-математических наук, профессор

Смирнов Валерий Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Тункин Владимир Григорьевич, Физический факультет, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова.

кандидат технических наук Иванов Владимир Владимирович, ФГУП «Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н.Е. Жуковского»

Д 002.063.02 при Институте Общей Физики им. A.M. Прохорова РАН по адресу 119991, ГСП-1, Москва, ул. Вавилова, 38, корпус 1, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей физики им. A.M. Прохорова РАН

Ведущая организация

Физический Институт им. П.Н. Лебедева РАН

Защита состоится 28 ноября 2011 г. в 15°° часов на заседании диссертационного совета

Автореферат разослан « » октября 2011 г.

диссертационного совета

Ученый секретарь

Макаров В.П. (тел. +7.499-503-8394)

Общая характеристика диссертационной работы.

Актуальность работы.

Необходимость исследований ширин линий 2-ветви водорода (Ау = 1, /1/ = О, где V - колебательное и У - вращательное квантовые числа) при высоких температурах, проведенных в данной работе, продиктованы в первую очередь потребностью в этой информации в задачах термометрии кислородно-водородных пламен.

Поскольку при высоких температурах традиционные (термопарные) методы измерения температур неприменимы, используются преимущественно оптические бесконтактные методы диагностики, среди которых одним из наиболее информативных является метод АМРС-спектроскопии.

В кислородно-водородных камерах сгорания для стабилизации процесса горения обычно используются богатые смеси, так что молекулы водорода присутствуют в исследуемом объеме как на стадиях перемешивания и горения, так и в продуктах сгорания и являются удобными для /ГЛРС-термометрии. При этом для измерения температуры экспериментально регистрируется КАРС-спектр 2-ветви молекулы водорода, содержащий несколько разрешенных линий У = 0 - 12, из соотношения интенсивностей которых восстанавливается Больцмановское распределение молекул по вращательным состояниям (температура является параметром этого распределения).

При давлениях газовых смесей выше 1 атм спектральные линии водорода имеют преимущественно столкновительное уширение, контуры линий — лоренцевские, с ширинами, зависящим от вращательного квантового числа У, температуры и партнера по столкновениям. Поэтому для корректного определения температуры из /<"ЛРС-спсктров 0-встви водорода необходимо обладать информацией о ширинах линий спектра и температурных зависимостях коэффициентов уширения линий водорода молекулами воды, поскольку вода является основным компонентом продуктов сгорания.

В то время как спектроскопические константы молекулы Н2 можно считать хорошо известными, информация об особенностях уширения

спектральных линий водорода водой при высоких температурах 2000 - 3500 К и давлениях (100 - 200 атм), характерных для Н2/02 камер сгорания, отсутствовала. Более того, ввиду невозможности реализации высоких температур (более 1800 К) и давлений (80 - 200 атм) в стационарной нагреваемой кювете с парами воды [1], в данной работе была использована альтернативная возможность измерений непосредственно в кислородно-водородной камере сгорания высокого давления, предложенная в [2].

Таким образом, в работе имеется, с одной стороны, спектроскопическая направленность: исследование методом Л4РС-спектроскопии уширения спектральных линий водорода водой при высоких температурах, а с другой -направленность диагностическая, связанная с измерением температуры, процедура определения которой по фрагментам разрешенных /С4РС-спектров ветви водорода учитывает температурную и /-зависимости ширин спектральных линий водорода.

Цели диссертационной работы.

Основной целью диссертационной работы является исследование столкновительного уширения спектральных линий 2-ветви водорода молекулами воды при высоких температурах в кислородно-водородном пламени с применением методики /С4РС-спектроскопии, позволяющей за один лазерный импульс регистрировать с высоким спектральным разрешением контур отдельной спектральной линии.

Кроме того, получение экспериментальных данных о температурных и J-зависимости ширин спектральных линий водорода имеет своей целью также их применение в практической термометрии кислородно-водородных пламён.

Основные задачи работы:

1. Провести исследования влияния спектральных шумов лазеров накачки КАРС спектрометра в схемах широкополосного (BroadBand - ВВ) и двойного широкополосного (Dual BroadBand - DBB) КАРС на форму контура отдельной линии КАРС-спектра, регистрируемого с помощью

4

интерферометра Фабри-Перо (ИФП) за один лазерный импульс (~ 10 нсек). Для реализации схемы двойного широкополосного КАРС провести модернизацию узкополосного А"ЛРС-спектрометра измерительного комплекса.

2. Исследовать диапазон возможных контролируемых изменений температуры и давления, реализуемых в камере сгорания от цикла к циклу, и установить режимы, соответствующие устойчивой их воспроизводимости. Для получения данных о давлении в камере сгорания дополнить комплекс двухканальным АЦП и создать в среде LabView программу чтения с АЦП отклика датчика давления и фотодиода, регистрирующего момент лазерного импульса зондирования, для последующей записи этих данных на ПК.

3. Разработать и программно реализовать алгоритмы обработки ИФП-интерферограмм КАРС-спектров и определения на их основе ширин контуров регистрируемых линий /С4РС-спектров.

4. Провести измерения ширин и определение коэффициентов уширения линий ф-ветви водорода, обусловленных столкновениями с молекулами воды, в температурном диапазоне 2000 - 3500 К.

5. Провести измерения и оценить уменьшение систематической ошибки в определении газовой температуры в кислородно-водородных пламенах в диапазоне 2000-3500 К на основе переходов ветви молекул водорода, связанное с учетом измеренной ./-зависимости ширин линий этих переходов.

Научная новизна.

1. Проведено исследование столкновительного уширения спектральных линий 0-ветви молекул водорода (7=1,3,5,7,9) и экспериментально измерены ширины линий и—коэффициенты уширения, обусловленные столкновениями с молекулами воды, в температурном диапазоне 20003500 К.

2. Реализована процедура определения температуры на основе спектров Q-ветви водорода в кислородно-водородных пламенах при высоких температурах 2000 - 3500 К, учитывающая экспериментально измеренные ./-зависимости ширин линий.

Практическая значимость работы.

1. Измеренная при высоких температурах /-зависимость коэффициентов столкновительного уширения водой линий переходов £)-ветви водорода может быть рекомендована к использованию при термометрии кислородно-водородных пламен в диапазоне 2000 - 3500 К.

2. Полученные данные также могут представлять интерес для теории столкновительного уширения спектральных линий при высоких температурах.

Защищаемые положения.

1. Коэффициенты уширения линий с .7=1,3,5,7,9 2-ветви молекул водорода, обусловленные столкновениями с молекулами воды в температурном диапазоне 2000-3500 К равны в пределах экспериментальной точности значениям, измеренным в данной работе.

2. Применение схемы БВВ-КАРС при исследовании контура отдельной изолированной линии КАРС-спекгра, регистрируемого с помощью интерферометра Фабри-Перо за один лазерный импульс (~ 10 нсек) даже в случае ограниченной ширины спектров лазеров (~1 см1) уменьшает искажения формы контура, обусловленные спектральными шумами лазеров накачки, за счет усреднения шумов в спектре бигармонической накачки и позволяет реализовать спектральное разрешение 0.1 см'1.

3. Разработанные алгоритмы и программы обработки интерферограмм Фабри-Перо позволяют реализовать процедуры: а) определения центра симметрии и усреднения по углу пространственной двумерной картины интерференционных колец, приводящие к одномерному распределению интенсивностей по радиусу; б) определения ширин контуров отдельных

спектральных линий, регистрируемых интерферограмм Фабри-Перо, путем подгонки спектральных профилей интерференционных полос сверткой функций Эйри и Лоренца.

4. Учет измеренных в данной работе ./-зависимостей ширин линий Q1-Q9 молекул водорода уменьшает систематическую ошибку определения газовой температуры в Я/Ог-пламенах, основанном на измерениях интегральных интенсивностей линий КАРС-спектров Q-ветви водорода в диапазоне температур 2000 - 3500 К, на ~ 20 - 30% соответственно.

Личный вклад.

Результаты, представленные в работе, получены соискателем лично, либо в соавторстве при его непосредственном участии.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в 14 работах, из них 5 публикаций в журналах из списка ВАК [1-5], и докладывались на конференциях:

1. XXIII Европейская конференция по нелинейно-оптический спектроскопии ECONOS-2004, Эрланген, Германия, апр. 2004 г.

2. Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике ICONO/LAT2005, Санкт-Петербург, Россия, 11-15 Мая 2005 г.

3. Российский Научный Форум с международным участием ДЕМИДОВСКИЕ ЧТЕНИЯ. Москва - Екатеринбург - Томск, 25 февраля - 6 марта 2006 г. Конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы современной физики».

4. XXV Европейская конференция по нелинейно-оптический спектроскопии ECONOS-2006, Братислава, Словакия, апр. 2006 г.

5. XIX Международная конференция по молекулярной спектроскопии высокого разрешения, (ICHIRMS) Прага, Чешская Республика, 29.08-02.09 2006 г.

6. XXVI Европейская конференция по нелинейной оптике и спектроскопии ECONOS-2007, С.-Петербург, Россия, май 2007 г.

7. Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике ICONO/LAT2007, Minsk, Belarus, 28 May -1 June, 2007 г.

8. XXI Международная конференция по спектроскопии комбинационного рассеяния ICORS-2008, Лондон, Англия, 17-22 августа 2008 г.

9. Международная конференция «Комбинационное рассеяние — 80 лет исследований» («КР-80»), ФИАН, Москва, Россия, 08-10 октября 2008 г.

10. XXVIII Европейская конференция по нелинейной оптике и спектроскопии ECONOS-2009, Фраскати, Италия, май 2009 г.

11. 10-я Международная Научно-Техническая Конференция "Оптические методы исследования потоков" (ОМИП-2009), Московский энергетический институт (технический университет), Москва, РФ, 23 - 26 июня 2009 г.

12. XX Европейская конференция по нелинейной оптике и спектроскопии ECONOS-2011, Энсхеде, Нидерланды, май 2011 г.

13. VIII Тихоокеанский Симпозиум по Визуализации Течений и Обработке Изображений (PSFV1P-8), Москва, РФ, 21-25 августа 2011 г.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Содержание диссертации изложено на 106 страницах машинописного текста, иллюстрировано 48 рисунками. Список литературы включает 56 ссылок.

Краткое содержание диссертации.

Во ВВЕДЕНИИ сформулированы цели и задачи диссертационной работы. Обсуждается актуальность темы, научная и практическая ценность полученных в диссертационной работе результатов.

В ПЕРВОЙ главе диссертации рассмотрены метод /СЛРС-спектроскопии и его применение для диагностики горения.

В §1.1 КАРС характеризуется как нелинейно-оптический процесс четырехволнового смешения, обсуждаются особенности профиля контура линии спектров КАРС, рассматриваются возможности, преимущества и недостатки спектроскопии КАРС в газах.

§1.2 посвящен экспериментальной реализации А'ЛРС-термометрии. Изложены принципы построения схемы АМРС-спектрометра для достижения высоких временного (измерения за одну лазерную вспышку) и пространственного («неколлинеарные» взаимодействия лазерных пучков) разрешения, весьма существенных для исследования реальных пламен. Описаны широкополосный (BroadBand - ВВ) КАРС и двойной широкополосный (Dual BroadBand -DBB) КАРС-подходы (Рис.1) к реализации процесса КАРС. В первом (ВВ) подходе для бигармонического возбуждения комбинационных резонансов используется излучение лазера (обычно - лазера на растворе органического красителя) с широким (~ 100 - 500 см'1) спектром в совокупности с излучением узкополосного лазера (вторая гармоника Nd:YAG лазера). Во втором подходе (DBB) используются два широкополосных лазера, средние частоты которых, отстоят друг от друга на частоту комбинационного резонанса. В широких спектрах этих двух лазеров присутствует множество пар частот, разность которых совпадает с частотой комбинационного перехода, приводя к усреднению шумов в спектре бигармонической вынуждающей силы, в отличие от широкополосного КАРС, где присутствует только одна такая пара частот. Оба подхода позволяют регистрировать значительный фрагмент КАРС-спектра за время отдельной лазерной вспышки, но DBB подход позволяет при этом значительно повысить качество КАРС-спектра за счет усреднения спектральных шумов по спектрам лазеров на красителе.

Высокое пространственное разрешение «КАРС-тсрмометра» (-100 мкм в поперечном и -1-3 мм в продольном направлениях) обеспечивается геометрией взаимодействия лазерных пучков в пространстве.

<Ва = 2<Лр - 0\

:....... ^ 4;

1 \ 1 i \ * / | \ ( \ \ } \ / \

СОр

1 ,. А

е. .. 5>: 5

/Т\ / > / : \

г м г

/ ! \ / \ / \

Рис.1. Спектральная схема ВВ-КАРС (слева): широкополосный лазер на красителе и излучение второй гармоники узкополосного Ш: У АС лазера шр. Спектральная схема ОВВ-КАРС (справа): два широкополосных лазера на красителе шр, ш5 и излучение второй гармоники узкополосного Ыс1:УАО лазера сорг.

В §1.3 рассмотрены особенности Л4РС-термометрии водородосодержащих пламен. Колебательно-вращательная структура КР-активных переходов в молекулах Н2 такова, что спектр 2-ветви представляет собой совокупность отдельно отстоящих спектральных контуров, причем соотношение их амплитуд отражает Больцмановское распределение молекул по вращательных уровням, параметром которого является температура. Поэтому, в отличие от «спектрально-неразрешенных» случаев (например, термометрия на основе молекул азота), нет необходимости прибегать к методам «подгонки» формы спектра @-ветви - достаточно анализировать соотношение амплитуд линий в спектре. Однако при этом следует принимать во внимание, что пиковые амплитуды линий в спектре пропорциональны интегральным интенсивностям контуров линий .К!Р-переходов, и их соотношение, помимо населенностей вращательных состояний, содержит в себе и «/-зависимости» ширин линий. Неучет этого обстоятельства приводит к систематической ошибке в определении температуры.

Во ВТОРОЙ главе диссертации рассматриваются механизмы уширения спектральных линий, в том числе и столкновительное уширение линий £>-ветви водорода. Приводится обзор работ по исследованию уширения спектральных линий водорода.

В §2.1 рассмотрены особенности уширения спектральных линий. Причиной уширения спектральных линий (по отношению к естественной ширине) являются тепловое движение и взаимодействие между молекулами. В разреженных газах, когда частота столкновений мала и уширение вследствие взаимодействия между молекулами не является существенным, ширина линии определяется эффектом Доплера и профиль линии описывается Гауссовой кривой.

По мере увеличения плотности возрастает влияние столкновительного взаимодействия молекул на формирование контура спектральной линии (столкновителъный режим), что проявляется в виде уширения и сдвига максимума контура. В столкновительном режиме форма контура спектральной линии описывается Лоренцевским профилем.

Переход от доплеровского режима к столкновительному не имеет явной границы: в широком диапазоне плотностей форма отдельных линий 2-ветви водорода включает вклады от эффекта Доплера и столкновительного уширения. В переходной области может иметь место так называемое «сужение Дике»1: по мере роста плотности вклад от неоднородного допплеровского уширения стремится к нулю; общая ширина контура линии с ростом плотности будет сначала уменьшаться, демонстрируя выраженный минимум, а затем расти, асимптотически приближаясь к прямой линии, наклон которой определяется коэффициентом столкновительного уширения.

В §2.2 сделан обзор работ по исследованию уширения АР-активных линий водорода, имеющих непосредственное отношение к данной работе и включающий в себя публикации по самоуширению и уширению сторонними газами, в частности - парами воды. К настоящему времени наиболее полными исследованиями самоуширения линий {3-ветви водорода можно считать работу американских ученых [3], в которой исследовалось самоуширение линий с вращательными квантовыми числами 7=0,1,...,5 в температурном диапазоне 295<Г<1000 К. Уширение линий водорода парами воды экспериментально исследовалось группой французских ученых [1,4] в температурном диапазоне

' Сужение доплеровского контура было описано Дике в 1953 г.. а зависимость формы линии для водорода в области сужения Дике была детально изучена Фарроу и др. в 1987 г.

600<Г<1800 К. Эти измерения проводились в нагреваемой стационарной кювете высокого давления и их оказалось невозможно продолжить при более высоких температурах вследствие высокой химической активности паров воды. В совместной работе сотрудников ИОФ РАН и Немецкого аэрокосмического агентства [2] было предложено для исследования уширения линий водорода водой использовать кислородно-водородное горение при высоком давлении, поскольку при сжигании «богатой» смеси основными продуктами сгорания являются водород и вода. В результате такого подхода в специально сконструированной импульсной камере сгорания были измерены коэффициенты уширения линий 2-ветви с 7 = 3,5,7 в одной температурной точке 2700 К.

В ТРЕТЬЕЙ главе диссертации рассмотрена экспериментальная установка. Описаны импульсная кислородно-водородная камера сгорания высокого давления и трехканальный измерительный комплекс (Рис.2) для определения в камере сгорания давлений, температур и ширин линий выбранных переходов £?-ветви молекул водорода.

Канал измерения тамг«ра|ур

Рис.2. Блок-схема измерительного комплекса.

В §3.1 описана кислородно-водородная камера сгорания, сформулированы требования к режиму ее работы. Приведены схема напуска газов и управляющие электрические сигналы.

В конструкции импульсной кислородно-водородной камеры сгорания высокого давления (ИКВД) реализуются условия, близкие к реально существующим в ракетных двигателях (Р ~ 80-200 атм, Т - 3000 К). Использование импульсного (с частотой до 1 Гц) режима работы и небольшой объем камеры сгорания, позволяют получить высокие значения давлений (до 200 атм) продуктов сгорания и температуры (до 3500 К) при небольших среднемассовых расходах и умеренном тепловыделении. Были установлены режимы стабильной и воспроизводимой работы камеры сгорания. При давлениях напуска 10-20 атм давление в камере после завершения горения достигало 80-200 атм в диапазоне температуры горения 2000-3500 К. При истечении горячих продуктов из камеры через специальные отверстия давление и температура газа в измерительном объеме понижаются в несколько раз, обеспечивая возможность измерения параметров контуров спектральных линий при различных плотностях и температурах. Проведенные тесты свидетельствуют о хорошей воспроизводимости параметров в различных циклах работы камеры сгорания и повторяемости формы импульса давления при определенных параметрах напуска (Т, Р), в дальнейшем использовавшихся как рабочие.

В §3.2 описан трехканальный измерительный комплекс, состоящий из канала измерения температур, канала измерения параметров контура спектральной линии и канала измерения давления, а также электроники синхронизации и системы подачи газов. Импульсный режим работы и нестационарность условий в камере сгорания требуют, чтобы все необходимые измерения были выполнены в течение одного лазерного импульса, синхронизированного с моментом поджига.

В канале измерения давления записывается информация о давлении в камере во время всего рабочего цикла: напуск-сгорание-истечение. Данные о давлении в виде зависимости от времени сигнала скоростного датчика,

вмонтированного в камеру, заносятся в память компьютера; одновременно регистрируется сигнал с фотодиода, отмечающий момент А"ЛРС-зондировапия, который может быть задержан относительно поджига и плавно изменяться.

В канале измерения температур используется широкополосный КАРС-спектрометр, собранный по схеме широкополосного КАРС, и регистрируются широкополосные КАРС- спектры £>ветви водорода, полученные из зондируемого объема внутри камеры сгорания. Анализ спектров КАРС проводится при помощи решеточного спектрографа. Эти спектры используются в дальнейшем для измерений температуры продуктов сгорания в момент КАРС-зондирования.

В канале определения параметров контура спектральной линии из зондируемого объема регистрируются /С4РС-спектры отдельных, выбранных переходов 2-ветви молекул водорода. Анализ спектров КАРС проводится при помощи интерферометра Фабри-Яеро. Интерферограммы, регистрируемые с помощью двухмерной матрицы фотодиодов, используются для измерения ширин отдельных линий ЛМРС-спектра. В этом канале применяется КАРС-спектрометр, настраиваемый на переход отдельной линии, с шириной спектра возбуждения (~ 1 см'), достаточной, чтобы «накрывать» контур линии только одного, выбранного перехода, не затрагивая соседних линий £?-ветви.

Спектральная информация в обоих КАРС- каналах детектируется посредством Оптических Многоканальных Анализаторов (ОМА).

В схеме широкополосного КАРС шумовая модуляция интерферограмм из-за спектральных шумов лазера на красителе приводила к случайным спектральным структурам на контуре отдельной линии Л"ЛРС-спектра £?-ветви, что, в свою очередь, обуславливало увеличение статистических ошибок в определении ширин линий.

Был проведен анализ влияния спектральных шумов лазеров накачки на форму контура отдельной линии КЛРС-спсктра, регистрируемого с помощью интерферометра Фабри-Перо за один лазерный импульс (~ 10 нсек) в схемах широкополосного и двойного широкополосного КАРС.

Измерения ширины линии Qi в двух /С4.РС-конфигурациях {ВВ и DBB) при одинаковых условиях в кювете со смесью водорода и азота при давлении 1 и 40 бар соответственно, показали (Рис. 3), что ширина гистограммы для DBB-СЛТИ-конфигурации в три раза меньше (0.006 см''), чем для BB-CARS-конфигурации (0.017 см'1). Таким образом, DBB-KAPC подход улучшает качество контура спектральной линии (смотри интерферограммы на Рис.4) благодаря усреднению спектров шумов бигармонической вынуждающей силы (определяется сверткой спектров двух широкополосных лазеров накачки) и повышает точность измерений ширин линий за один лазерный импульс.

Рис.3. Гистограммы измеренных значений ширин линий (31 водорода для РВВ-САЯ8-конфигурации (а) и йй-С4Л5-конфигурации (б) при одинаковых экспериментальных условиях: смесь Я? - N2 (3+40 бар) при комнатной температуре. Среднее значение ширины линии 0.16 см'1. Ширина гистограммы для .ОВВ-СЛЯХ-конфигурации 0.006 см', а для Я5-С4Л!>-конфигуращ1и 0.017 см'1.

Для реализации БВВ-КАРС подхода канал измерения параметров контура линии измерительного комплекса был модифицирован, а именно: вместо широкополосной (~ 1 см'1) схемы с одним лазером на красителе и ЛИТ^Ю лазером накачки, была собрана схема двойного широкополосного КАРС с двумя лазерами на красителях (~ 1 см') и Ш:УАС лазером накачки.

В заключение третьей главы описан ход выполнения эксперимента. Измерительный комплекс и камера сгорания синхронизовались между собой и работали с частотой 1 Гц. Перед началом измерений устанавливались заданные давления и значения массовых расходов Н2 и 02 потоков. Длины волн лазеров на красителе в канале определения параметров контуров линий настраивались соответственно частоте комбинационного сдвига одной из нечетных (7=1,3,5,7,9) линий Q-ветви водорода, а спектр "широкополосного" Стоксова лазера в канале измерения температур «накрывал» переходы у=0 —> у=1 и у=1

0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 FWHM/СМ 1

0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 FWHM/CM"1

—> у=2 £)-ветви водорода. После установления выбранной задержки между моментами воспламенения и лазерными импульсами зондирования записывались 50 синхронизированных, как с поджигом, так и между собой, файлов по каждому из трех каналов одновременно.

Пиксели

60 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 500 Пиксели

Рис. 4. Последовательность получаемых за один лазерный импульс интерферограмм: а) в широкополосном КАРС (ВВ); б) в двойном широкополосном КАРС (DBB). Символом OK отмечены интерферограммы без значительных шумовых модуляций.

Таким образом, за один цикл работы импульсной камеры сгорания получалась информация о форме контуров спектральных линий, температуре и давлении в зондируемом объеме в момент КАРС-зондирования.

В ЧЕТВЕРТОЙ главе диссертационной работы приводятся результаты измерений и анализа полученной спектральной информации о контурах линий £>-ветви Н2. На основе измеренных ширин отдельных линий Q-ветвк молекул водорода, обусловленных столкновениями с молекулами воды в диапазоне температур 2000< Т <3500 К и плотностей 1< р <6 Амага, получены температурные зависимости коэффициентов уширения линий с /=1,3,5,7,9. Для

измерения температуры по КАРС- спектрам 2-ветви водорода были использованы экспериментально измеренные /-зависимости ширин линий, полученные непосредственно в импульсно-периодической кислородно-водородной камере сгорания высокого давления.

В §4.1 описана методика обработки интерферограмм, представляющих собой систему концентрических колец: определение центров, усреднение по углу, подгонка экспериментальных профилей сверткой аппаратной функции интерферометра (Эйри) с профилем однородно уширенного перехода (Лоренц) (Рис.5).

Для определения центра симметрии интерферограммы была разработана и применена специальная процедура, поскольку для зашумлённых интерферограмм назначение центра не очевидно, а правильный выбор центра симметрии влияет на результат усреднения интерферограммы по углу.

Процедура углового усреднения применялась для исключения или, по крайней мере, минимизации влияния спекл-модуляции на профили интерферограмм. После процедуры углового интегрирования распределение интенсивности будет функцией только радиуса г интерферограммы.

Профиль экспериментальной интерферограммы промодулирован (Рис.5б) за счёт: (¡) пространственного распределения интенсивности в световом пучке, (и) возможной широкополосной подсветки, (ш) возможной засветки приемника и его собственных шумов. Это обстоятельство потребовало разработать и, в дальнейшем, применить специальный алгоритм для коррекции экспериментальных интерферограмм, принимая во внимание эти искажающие профиль интерферограммы факторы.

После корректировки интерферограммы представляют собой профиль, который может быть интерпретирован, как сумма «постоянной» подставки и свертки аппаратной функции ИФП (функция Эйри) с лоренцевским контуром спектральной линии (Рис.5в). Подгонка корректированной интерферограммы свёрткой функции Эйри с лоренцевским контуром позволяет определять параметры контура спектральной линии (ширину, центральную частоту) с

использованием всего 4 подгоночных параметров (ширина, сдвиг, амплитуда и константа baseline) при известных параметрах аппаратной функции. 1) 2) 3)

г / пиксели

г / пиксели

Рис.5. Экспериментальная интерферограмма (1), результат усреднения по углу (кривая а, 2), коррекции на распределение интенсивности по сечению светового пучка (кривая б, 2) и подгонка (6,3) одномерной интерферограммы (а,3) сверткой профилей Эйри и Лоренца (3).

В результате обработки и анализа экспериментальных интерферограмм, записанных при освещении ИФП излучением КАРС от линий £)/> <2$, 0?. 0.9 непосредственно из ИКВД, была получена информация о параметрах контуров спектральных линий (центральная частота, ширина) в диапазоне давлений 80 -200 атм и температур 2000 - 3500 К.

В §4.2 описано измерение температуры с использованием экспериментально полученных ./-зависимостей ширин линий (?-ветви водорода. Для определения амплитуд линий КАРС-спектр £>-ветви «подгонялся» совокупностью контуров аппаратной функции с соответствующими амплитудами.

Используя оценки температуры на основе экстраполяции в область высоких температур (-2000-3500 К) данных для коэффициентов уширения линий водорода в температурном диапазоне 600-1800 К и измеренные в момент зондирования значения давления в ИКВД, делались оценки концентрационного состава продуктов сгорания на основе расчета адиабатического горения кислородно-водородной смеси. Далее, каждому широкополосному КАРС-спектру ставился в соответствие набор параметров, характеризующих условия эксперимента в этой реализации (температура, давление, концентрации продуктов), и ширина спектральной линии, контур которой анализировался в этом эксперименте. После группировки всего массива спектральных данных для линий по признаку одинаковости реализующихся в ИКВД условий

(температура, давление, стехиометрия) полученные контуры спектральных линий обрабатывались с целью получения информации о ширинах линий и их ./-зависимости. Эти экспериментальные данные о /-зависимости ширин линий использовались для измерения температуры в каждой реализации. Проведенные оценки показали, что учет измеренной в данной работе J-зависимости ширин линий молекул водорода в диапазоне температур

2000 - 3500 К позволяет уменьшить систематическую ошибку в определении газовой температуры в Н2/02-пламенах, основанном на измерениях интегральных интенсивностей линий КАРС спектров ()-ветвп водорода, на 2030 % соответственно.

В §4.3 дано описание процедуры определения плотности паров воды и соотношения газовых компонент в продуктах сгорания. Используя данные о соотношении кислорода и водорода, а также начальных (до момента воспламенения) и конечных (после завершения процесса горения) значений температуры и давления в предположении адиабатичности процесса на основе программы СаБея' производился расчет концентрации компонент продуктов сгорания.

В §4.4 приведены результаты измерений коэффициентов уширения. Как обсуждалось в §2.1, в широком диапазоне плотностей ширина линии 2-ветви водорода включает вклады уширения от эффекта Доплера и столкновительного уширения. В переходной области может иметь место так называемое «сужение Дике»: общая ширина контура линии с ростом плотности будет сначала уменьшаться, демонстрируя выраженный минимум, а затем расти, асимптотически приближаясь к прямой линии, наклон которой определяется коэффициентом столкновительного уширения.

При этом контур отдельной линии Q -ветви будет описываться Лоренцевским профилем с полушириной, задаваемой выражением:

Г"*(Г, р) = ру+2тЮ{Т)П\ / ср где Г°Ы(Т) - полуширина на полувысоте {1ШНМ) наблюдаемого контура линии в см'1, р - плотность (полная) газовой смеси в единицах Амага, с - скорость

1 http://www.arcl02.dsl.pipex.com/

света, - Рамановская (комбинационная) частота см'1, И(Т) - коэффициент массовой диффузии в единицах см'2-Амага-сек', оцениваемый для бинарной смеси «водород-вода» для реализуемых в эксперименте значений концентрационного состава и температуры.

Первое слагаемое отражает линейный с плотностью вклад в ширину контура, обусловленный вращательно неупругими столкновениями и колебательной дефазировкой. Второе слагаемое описывает уменьшающийся с плотностью вклад, обусловленный эффектом «сужения Дике». Искомая полуширина линии, обусловленная вкладом столкновительного уширения линий молекул водорода молекулами воды определяется как:

ср

Оценки показывают, что при реализуемых в эксперименте параметрах основной вклад в ширину линии определялся столкновительным уширением, и остаточный вклад от Доплеровского уширения не превышал 7-10 %.

Коэффициенты столкновительного уширения определялись из соотношения:

,(г)=гМ р

Для коэффициентов уширения линий молекул водорода в столкновениях с молекулами воды справедливо «линейное правило смешения», согласно которому

у(рН2>СН2о) = Ун2-Н2 "СН2 +7И2-Н20 'СН20

Таким образом, коэффициент уширения молекулами воды определяется из измеренного в эксперименте «полного» коэффициента у(сц2, Сто) путем вычитания вклада самоуширения, оцененного на основе данных работы [3] и деления остатка на концентрацию воды с то:

_ у(рнг>снго)~Ут-нг 'сн2

IН2-Н20 ~

СН20

На основе данных, полученных при различных экспериментальных условиях, были построены температурные зависимости коэффициентов уширения линий 2/> вз- 6а Q^ и 0.9 молекул водорода при столкновениях с

молекулами воды (Рис.6). Измеренные коэффициенты уширения согласуются с экстраполяциями в область высоких температур результатов, полученных в стационарной кювете [1] при температурах 600-1800 К. Учет измеренных в

0.12 0.10 0.08 0.06 0,040.020,00

♦ Пламя

♦ Кювета, Berger et al.

а — Экстраполяция Berger et al. б Интерполяция по всем точкам

Ol

JfV

500 1000 1500 2000 25Û0 3000 3500 4000 4500 Температура. К

0.08 0.07 0.06 0.05 0,04 0.03 0.02

■ Пламя

■ Кювета, Berger et al.

¿1 Экстраполяция Berger et al. б---Интерполяция no всем точкам

Q5

. а -б

Г

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Температура, К

0.06-

0.05 -

0.04-

С

0 03-

Ъ

* 0.02-

0.01

0,00-

▼ Пламя -.....Интерполяция по всем точкам

Q9

V

1500 2000 2500 Температура, К

3000 3500

0.07 0.06

я °-05

5

Ja 0,04

6 0.03 ^ 0.02

0.01 0.00 -0.01

0.07 0,06 0.05

А Пламя

* К юв ета. Berger et al.

а Экстраполяция Berger et al.

б Интерполяция по всем точкам

члам -г

lirif

Q3

. а б

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Температура, К

0,01 0,00

• Пламя

• Кювета, Berger et al. Экстраполяция Berger et al. Интерполяция по всем точкам

Q7

, б

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Температура, К

Рис. 6. Температурные зависимости коэффициентов уширения линий ¡3-ветви молекул водорода, обусловленные столкновениями с молекулами воды. Данные в температурном диапазоне (600-1200 К) (мелкие символы) -измерения в стационарной кювете [1], данные в температурном диапазоне (2000-3500 /Г) (крупные символы) - измерения в пламени кислородно-водородной ИКВД. Гладкие кривые -интерполяция (полиномиальный закон о(т) = уг ■ Т + Г, ■ л/г +/,) И экстраполяция экспериментальных данных работы [1].

данной работе ./-зависимостей ширин линий позволяет уменьшить систематическую ошибку определения газовой температуры, основанного на измерениях интегральных интенсивностей линий Л4/,С-спектров 0-ветви

водорода, на 20-30 % в диапазоне температур 2000 - 3000 К, соответственно. Полученные данные, в совокупности с кюветными измерениями [1], могут быть использованы в практических приложениях по термометрии водородосодержащих смесей в диапазоне температур от 300 до 3500 К.

Заключение. Основные результаты работы:

1. Измерены ширины и коэффициенты уширения линий 0-ветви молекул водорода, обусловленные столкновениями с молекулами воды в температурном диапазоне 2000-3500 К (¡1=1,3,5,7,9).

2. Проведен анализ влияния спектральных шумов лазеров накачки на форму контура отдельной линии А^РС-спектра, регистрируемого с помощью интерферометра Фабри-Перо за один лазерный импульс (~ 10 нсек) в схемах широкополосного и двойного широкополосного КАРС. Показано, что даже в случае ограниченной ширины спектров лазеров (~1 см'), применение схемы двойного широкополосного КАРС за счет усреднения шумов в спектре бигармонической накачки уменьшает искажения формы контура (дисперсия значений ширин контура, измеренным по 100 импульсам уменьшается в 3 раза) и позволяет реализовать аппаратурное спектральное разрешение 0,1 см'1.

3. Для определения параметров контуров спектральных линий КАРС, регистрируемых с помощью интерферометра Фабри-Перо, разработаны алгоритмы и созданы программы обработки интерферограмм, включающие в себя: а) определение центров симметрии и усреднение по углу пространственной двухмерной картины интерференционных колец, приводящее к одномерному распределению интенсивностей по радиусу; б) определение ширин контуров отдельных спектральных линий путем подгонки спектральных профилей интерференционных полос сверткой функций Эйри и Лоренца.

4. Проведены измерения температур в кислородно-водородном пламени камеры сгорания высокого давления и показано, что учет измеренных в данной работе ./-зависимостей ширин линий е молекул водорода в

22

диапазоне температур 2000 - 3500 А" уменьшает систематическую ошибку в определении газовой температуры в Я/О^-пламенах, основанном на измерениях интегральных интенсивностей линий КАРС спектров £?-ветви водорода, на 20-30 %.

5. Применение импульсной кислородно-водородной камеры сгорания высокого давления (20-200 атм. при температурах 2000-3500 К) позволило создать условия, когда столкновительная ширина спектральных линий водорода при высоких температурах обусловлена, главным образом, столкновениями с молекулами воды. Показано, что работа ИКВД стабильна, а условия внутри воспроизводимы от импульса к импульсу.

6. Для реализации оптической схемы двойного широкополосного КАРС, были модифицированы канал измерения температуры и канал определения параметров контура спектральной линии; а также канал измерения давления был дополнен двухканальным АЦП, и была создана в среде LabView программа чтения с АЦП отклика датчика давления и фотодиода.

Список опубликованных по теме диссертации работ:

1. K.A.Vereschagin, V.V.Smirnov, O.M.Stel'makh, V.I.Fabelinsky and W.Clauss, D.N.Klimenko, M.Oschwald, A.K.Vereschagin «Single shot high resolution dual-broadband CARS interferometric lineshape spectroscopy». J.Raman Spectrosc. 2004; 35.

2. Верещагин К.А., Верещагин A.K., Клаусе В., Клименко Д.Н., Ошвальд М., Смирнов В.В., Стельмах О.М., Фабелинский В.И. «Исследование ширин линий Q-ветви молекул водорода при высоких температурах в импульсной Н2-О2 камере сгорания высокого давления методами КАРС-спектроскопии». Квантовая электроника, т. 35, с. 293, 2005.

3. К.А. Верещагин, А.К. Верещагин, В. Клаусе, Д.Н. Клименко, М. Ошвальд, В.В. Смирнов, О.М. Стельмах, В.И. Фабелинский.

«Спектроскопия высокого разрешения контура линии за одну лазерную вспышку на основе DBB - CARS-интерферометрии». Квантовая электроника, т.36, с.687, 2006.

4. K.A.Vereschagin, A.K.Vereschagin, V.V.Smirnov, O.M.Stel'makh, V.I.Fabelinsky, and W.Clauss, and M.Oschwald, «Coherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy Investigation of Collisional Broadening of the Hydrogen Q-branch Transitions by Water at High Temperatures», J. Raman Spectrosc. 2008; 39.

5. K. A. Vereschagin, A. K. Vereschagin, V. V. Smirnov, О. M. Stel'makh, V. I. Fabelinsky, W. Clauss, M. Oschwald. «CARS investigation of collisional shift of the hydrogen Q-branch transitions by water at high temperatures », J. Raman Spectrosc. 2010; 41.

6. Верещагин K.A., Верещагин A.K., Смирнов B.B., Стельмах О.М., Фабелинский В.И. «Исследование столкновителъного уширения линий Q-ветви водорода молекулами воды при высоких температурах. Часть 1. Экспериментальная установка и методика эксперимента». Препринт ИОФАН №34, Москва 2005.

7. К.А.Vereschagin, A.K.Vereschagin, V.V.Smirnov, O.M.Stel'makh, V.I.Fabelinsky, W.Clauss, and M.Oschwald, «CARS Investigation of Collisional Broadening of the Hydrogen Q-branch Transitions by Water at High Temperature». Proc. SPIE. Vol. 6727, pp. 67271J (2007).

8. K.A.Vereschagin, A.K.Vereschagin. «The possibility of single-shot highresolution CARS lineshape spectroscopy». Proc. SPIE. Vol. 6727, pp. 67271K (2007).

9. V. V. Smirnov, О. M. Stel'makh, K. A. Vereschagin, V. I. Fabelinsky, A. K. Vereschagin, S. Yu. Volkov, W. Clauss, and M. Oschwald. «Single shot CARS thermometry of hydrogen-contaning multicomponent gaseous mixtures at high pressure and high temperature». Proc. SPIE Vol. 6727, pp. 67271L (2007).

10. K.A. Vereschagin, A.K. Vereschagin, V.V. Smirnov, O.M. Stel'makh, V.I. Fabelinsky, W. Clauss, M. Oschwald. «CARS investigation of collisional

broadening and shift of the hydrogen Q-branch transitions by water at high temperatures». Proc. of ICORS 2008, p.271, IM Publications LLP 2008.

11. A.Vereschagin, Klimenko D., W.Clauss, M.Oschwald, K.A.Vereschagin, V.V.Smirnov, O.M.Stel'makh, V.I.Fabelinsky. «Single Shot High Resolution DBB-CARS Interferometric Lineshape Spectroscopy»Л Technical Digest of ICONO/LAT 2005, St. Petersburg, Russia, 2005.

12. V. V. Smirnov, O. M. Stel'makh, K. A. Vereschagin, V. I. Fabelinsky, A. K. Vereschagin, S. Yu. Volkov W. Clauss and M. Oschwald. «Single shot CARS thermometry of hydrogen-contaning multicomponent gaseous mixtures at high pressure and high temperature». II Technical Digest of ICONO/LAT 2007, Minsk, Belarus, 2007.

13. K. A. Vereschagin, A. K. Vereschagin, V. V. Smirnov, О. M. Stel'makh, and V. I. Fabelinsky, W. Clauss and M. Oschwald . «CARS investigation of collisional broadening of the hydrogen Q-branch transitions by water at high temperatures». // Technical Digest of ICONO/LAT 2007, Minsk, Belarus, 2007.

14. K.A. Vereschagin, A.K. Vereschagin. «To possibility of single-shot high resolution CARS lineshape spectroscopy». И Technical Digest of ICONO/LAT 2007, Minsk, Belarus, 2007.

Список использованных источников:

1. F.Chaussard, X.Michaut, R.Saint-Loup, H.Berger, PJoubert, J.Bonamy, D.Robert. «Broadening measurements and analysis of the Q-branch lines of the H2-H2O mixtures by means of 1RS from 600 up to 1800 К». Poster presentation at ECONOS Villigen (Switzerland), 18-19 of March, 2002.

2. W.Clauss, D.N.Klimenko, M.Oschwald, K.A.Vereschagin, V.V.Smirnov, O.M.Stelmakh, and V.I.Fabelinsky. «CARS investigation of hydrogen Q-branch linewidths at high temperatures in a high-pressure H2-02 pulse burner», J. Raman Spectroscopy, 2002; 33: 906 - 911

3. L.A. Rahn, R.L. Farrow, and G.J. Rosasco «Measurement of self-broadening of the H2Q(0-5) Raman transition from 295 to 1000 К», Phys.Rev. 43, 6075 (1991)

4. P. Joubert, X. Bruet, J. Bonamy, D. Robert, F. Chaussard, X. Michaut, R. Saint-Loup, H. Berger, «H2 vibrational spectral signatures in binary and ternary mixtures: theoretical model, simulation and application to CARS thermometry in high pressure flames». C.R.Acad.Sci. Paris, t.2, Serie IV, p. 989 -1000,2001.

Подписано в печать 28.10.2011 г. Печать лазерная цифровая Тираж 100 экз.

Типография Aegis-Print 115230, Москва, Варшавское шоссе, д. 42 Тел.: 8 (495) 785-00-38, 8 (926) 850-53-16 www.autoref.ae-print.ru

Введение.

Глава 1. Метод /^РС-спектроскопии, как инструмент для исследования молекулярных газов и диагностики горения.

§1.1 Нелинейная спектроскопия рассеяния молекулярных газовых сред на основе процесса КАРС. Преимущества и недостатки.

1.1.1. Контур линии спектров КАРС комбинационно-активных резонансов.

1.1.2. Возможности, достоинства и недостатки спектроскопии КАРС в газах.

§1.2. Экспериментальная реализация ЛМРС-термометрии газовых сред.

§1.3. Особенности 7^С4РС-термометрии водородосодержащих пламен.

1.3.1. Водород - как пробная молекула для определения температуры. Колебательно - вращательная структура КР активных переходов в молекулах //?.

1.3.2. Метод обработки спектров Н2 для определения температуры. Обоснование необходимости измерения ширин линий водорода при высоких температурах (> 1000 К).

Выводы к Главе 1.

Глава 21 Столкновительное уширение линий £}-ветви водорода привысоких температурах

§2.1 Особенности уширения спектральных линий в зависимости от давления и температуры.

§2.2 Обзор работ по исследованию уширения линий водорода.

Выводы к Главе 2.

Глава 3. Экспериментальная установка. Импульсная кислородно-водородная камера сгорания высокого давления и трехканальный измерительный комплекс.

§3.1. Импульсная кислородно-водородная камера сгорания высокого давления (ИКВД).

§3.2. Трехканальный измерительный комплекс для измерения давления, температуры и ширин линий.

3.2.1. Измерение давления в камере сгорания.

3.2.2. Измерение температуры. Широкополосный КАРС.

3.2.3. Измерения ширин контуров спектральных линий методом интерферометрии Фабри-Перо. Широкополосный и двойной широкополосный КАРС-иодходы и их сравнительный анализ.

3.2.3.1. Применение ИФП для спектрального анализа контура линии.

3.2.3.2. Спектроскопия контура линии за одну лазерную вспышку.

3.2.4. Режим работы комплекса вместе с камерой сгорания.

Выводы к Главе 3.

Глава 4. Измерение ширин и температурных зависимостей коэффициентов уширения спектральных линий <2-ветви молекул водорода в столкновениях с молекулами воды при высоких температурах.

§4.1. Спектральный анализ контура линии. Интерпретация экспериментальных интерферограмм.

§4.2. Измерение температуры с использованием экспериментально полученных /-зависимостей ширин линий <2-ветви водорода.

§4.3. Определение плотности воды на основе измерений давления и температуры и расчетов адиабатического горения кислородно-водородной смеси.

§4.4. Температурная зависимость коэффициентов уширения линий ¡2-ветви молекул водорода при столкновениях с молекулами воды в температурном диапазоне 2000— 3500К.

Выводы к Главе 4. I

Необходимость исследований ширин линий О-ветви водорода при высоких температурах, проведенных в данной работе, продиктованы в первую очередь потребностью в этой информации в задачах термометрии кислородно-водородных пламен. При изучении и оптимизации процессов горения и горельных устройств, в камерах сгорания при высоких температурах и давлениях используются преимущественно оптические бесконтактные невозмущающие методы диагностики, в том числе и методы .^.РС-спектроскопии. Обычно при КАРС-диагностике горения информация о температуре и плотности в исследуемой среде извлекается из спектров КАРС молекул, переходы которых наиболее удобны для регистрации и чувствительны по отношению к измеряемым параметрам. При этом экспериментальные спектры сравниваются с теоретическими, и по их наилучшему совпадению делается-вывод о реализующихся в эксперименте газовых параметрах со значениями, заложенными в расчет для теоретического спектра. Точность определения газовых параметров зависит как от корректности модели, используемой для расчета КАРС-спектров, так и от надежности экспериментальных спектроскопических и-кинетических данных о положениях и ширинах контуров линий, спектра. Это, в частности, и определяет интерес к исследованию контуров' спектральных линий при* высоких температурах и давлениях газов.

При кислородно-водородном горении- для, стабилизации! процесса обычно используются, «богатые» смеси, где молекулы водорода присутствуют в исследуемом объеме как на стадиях перемешивания и горения, так и в продуктах сгорания! наряду с молекулами воды и являются удобными для А^РС-термометрии. При этом для измерения температуры экспериментально регистрируется КАРС-спекгр (З-ветви молекулы водорода {¿V = 1, А./ — 0, где V - колебательное и У — вращательное квантовые числа), содержащий несколько разрешенных линий ./ = 0 — 12, из соотношения интенсивностей которых восстанавливается Больцмановское распределение молекул по вращательным состояниям (температура является параметром этого распределения).

В схеме «широкополосного КАРС», позволяющей одновременно получать весь спектр О-ветви водорода и часто используемой в задачах термометрии, аппаратная функция много шире отдельных спектральных линий. Поэтому регистрируемый, КАРС-спектр О-ветви молекулы водорода представляет собой набор контуров аппаратных функций, расположенных в местах локализации спектральных линий и имеющих амплитуды, пропорциональные интегральным интенсивностям линий. В свою очередь, интегральные интенсивности определяются населенностями вращательных уровней и ширинами линий и, таким образом, при интерпретации КАРС-спектров ширины линий комбинационных переходов также должны быть приняты во внимание.

В то время как спектроскопические константы молекулы Н2 можно считать хорошо известными, информация об особенностях уширения спектральных линий водорода водой при высоких температурах 2000 — 3500 К и давлениях (80 - 200 атм), характерных для Н2-О2 камер сгорания, отсутствовала.

При низких плотностях (менее 1 Амага) спектральные линии имеют Доплеровское уширение, практически, одинаковое для всех вращательных компонент спектра, и в КАРС-спектре соотношение амплитуд линий определяется, в основном, Больцмановским распределением населенностей молекул по вращательным состояниям. Однако при плотностях более 1 Амага спектральные1 линии имеют преимущественно столкновительное уширение (которое зависит от вращательного квантового числа X), а интегральные интенсивности - обратно пропорциональны ширинам линий. Поэтому для корректного определения температуры из РС-спектров (9-нетви водорода необходимо обладать информацией о ширинах линий .спектра. Для. получения этой информации достаточно иметь температурные зависимости коэффициентов уширения!линий водорода водой, поскольку вода является основным компонентом продуктов сгорания и, к тому же, коэффициенты уширения спектральных линий, О-ветви молекул водорода водой значительно больше коэффициентов самоуширения.

Для условий, реализующихся при горении, в диапазоне температур 2000-3500 К информация об уширении спектральных линий С^ветви молекул водорода отсутствовала, г и для термометрии практических кислородно-водородных пламен использовалась экстраполяция в область высоких температур данных по коэффициентам уширения линий водорода водой, полученных в лабораторных исследованиях в стационарной нагреваемой кювете (см. §2.3) при более низких температурах. Экстраполированные значения заметно отличались при использовании различных моделей, применяемых для вычислений. Прояснение вопроса о надежности используемых экстраполяций и непосредственное определение коэффициентов уширения для осуществления ^£4РС-термометрии реальных пламен требовало решить задачу экспериментального изучения поведения контура линии переходов О-встви водорода при столкновениях с молекулами воды при высоких давлениях и температурах. Ввиду невозможности реализации высоких температур (более 2000 К) и давлений (80 — 200 атм) в стационарной нагреваемой кювете (см. §2.3), естественной альтернативой являются измерения непосредственно в кислородно-водородном пламени.

Таким образом, в работе имеется, с одной стороны, спектроскопическая направленность: исследование уширения спектральных линий водорода водой при высоких температурах, а с другой — направленность диагностическая, связанная с измерением температуры с учетом ./-зависимости ширин спектральных линий водорода.

Цели диссертаиионной работы

Основной целью диссертационной работы является исследование столкновительного уширения спектральных линий О-ветви водорода молекулами воды при высоких температурах в кислородно-водородном пламени с применением методики iCáPC-спектроскопии, позволяющей за один лазерный'импульс регистрировать с высоким спектральным разрешением контур отдельной спектральной линии.

Кроме того, получение экспериментальных данных о температурных и J-зависимости ширин спектральных линий водорода имеет своей целью также их применение в практической термометрии кислородно-водородных пламён.

Основные задачи работы

1. Провести исследования влияния спектральных шумов лазеров накачки КАРС спектрометра в схемах широкополосного (BroadBand - ВВ) и двойного широкополосного (Dual BroadBand - DBB) КАРС на форму контура отдельной линии КАРС-спектра, регистрируемого с помощью интерферометра Фабри-Перо (ИФП) за один лазерный импульс (7 10 нсек) Для реализации схемы двойного широкополосного КАРС провести модернизацию узкополосного КАРС-спектрометра измерительного комплекса

2. Исследовать диапазон возможных контролируемых изменений температуры и давления, реализуемых в камере сгорания от цикла к циклу, и установить режимы, соответствующие устойчивой их воспроизводимости. Для получения данных о давлении в камере сгорания дополнить комплекс двухканальным*^(Д/7 и создать в среде Lab View программу чтения с АЦП отклика датчика давления и фотодиода, регистрирующего момент лазерного импульса зондирования, для последующей записи этих данных на ПК.

3. Разработать и программно реализовать алгоритмы обработки ИФП-интерферограмм КАРС-спектров и определения на их основе ширин контуров регистрируемых линий КАРС-спектроъ.

4. Провести измерения ширин и определение коэффициентов упшрения линий О-ветви водорода, обусловленных столкновениями с молекулами воды, в температурном диапазоне 2000 — 3500 К.

5. Провести измерения и оценить уменьшение систематической ошибки в определении газовой температуры в кислородно-водородных пламенах в диапазоне 2000-3500 К на основе переходов 0-ветви молекул водорода, связанное с учетом измеренной /-зависимости ширин линий этих переходов.

Научная новизна.

1. Проведено исследование столкновительного упшрения спектральных линий О-ветви молекул водорода (7=1,3,5,7,9) и экспериментально измерены ширины линий и-коэффициенты упшрения, обусловленные столкновениями с молекулами воды, в температурном диапазоне 2000-3500 К.

2. Реализована процедура определения' температуры на основе спеюров б-ветви водорода в кислородно-водородных пламенах при высоких температурах 2000 — 3500 К, учитывающая экспериментально измеренные /-зависимости ширин линий.

Практическая значимость работы.

1. Измеренная при высоких температурах /-зависимость коэффициентов столкновительного уширения водой линий переходов ветви водорода может быть рекомендована к использованию при термометрии I кислородно-водородных пламен в диапазоне 2000 — 3500 К.

2. Полученные данные также могут представлять интерес для теории столкновительного уширения спектральных линий при высоких температурах.

Защищаемые положения.

1. Коэффициенты уширения линий с /=1,3,5,7,9 £?-ветви молекул водорода, обусловленные столкновениями с молекулами воды в температурном диапазоне 2000-3500 К равны в пределах экспериментальной точности значениям, измеренным в данной работе.

2. Применение схемы ИВВ-КАРС при исследовании контура отдельной изолированной линии /С4РС-спектра, регистрируемого с помощью интерферометра Фабри-Перо за один лазерный импульс 10 нсек) даже в случае ограниченной ширины спектров лазеров (~1 см) уменьшает искажения формы контура, обусловленные спектральными шумами лазеров накачки, за счет усреднения шумовш спектре бигармонической накачки и позволяет реализовать спектральное разрешение 0.1 см'1.

3. Разработанные алгоритмы и программы обработки интерферограмм Фабри-Перо позволяют реализовать процедуры: а) определения центра симметрии и усреднения по углу пространственной двумерной картины интерференционных, колец, приводящие к одномерному распределению интенсивностейУ по радиусу; б) ■ определения' ширин контуров отдельных спектральных линий; регистрируемых интерферограмм Фабри-Перо, путем подгонки: спектральных профилей интерференционных полос сверткой функций Эйри и Лоренца.

4. Учет; измеренных. в.данной. работе /-зависимостей ширин? линий О1-О9 молекул водорода уменьшает, систематическую ошибку определения газовой.температуры в Н2/О2-пламенах, основанном на измерениях интегральных интенсивностей линий' А^РС-спектров (?-ветви водорода в диапазоне температур. 2000 - 3500 К, па ~ 20 -30% соответственно. . 1

Краткое содержание диссертации:

Дйсс'ертация состоит. из введения, четырех оригинальных;глав и заключения. Во ВВЕДЕНИИ сформулированы, цели т задачи» диссертационной; .работы. Обсуждается; актуальность темы,*, научная и практическая ценность полученных в диссертационной, работе результатов. ■

ПЕРВАЯ' глава диссертации: посвящена- методу ./СЛРС-спектроскопии как инструменту для.исследования молекулярных газов; в том числе - и для диагностики горения. Обсуждаются особенности профиля: контура линии« спектров КАРС, рассматриваются возможности, преимущества и недостатки- спектроскопии КАРС в газах. Изложены принципы построения' схемы /¿ЛРС-спектрометра для достижения - высоких временного и1 пространственного разрешения: Рассмотрены особенности. КАРС-термометрии водородосодержащих^ пламен.

В ТОРАЯ глава;, диссертации посвящена столкновительному уширсниюлиний О-ветви водорода: Обсуждаются особенности уширения спектральных линий. Сделан:обзор работ по исследованию, уширения ^Р-активных линий водорода,, включающий.в себя работы по самоуширению и уширению сторонними газами; в/ частности — парами воды,, что имеет непосредственное отношение к данной работе.

В ТРЕТЬЕЙ главе диссертации описана экспериментальная установка. Рассмотрены .импульсная кислородно-водородная камера сгорания высокого давления и трехканальный комплекс для измерения давлений, температур и ширин линий выбранных переходов О-ветви молекул водорода в камере сгорания.

В ЧЕТВЕРТОЙ главе диссертационной работы приводятся результаты измерений и анализа полученной спектральной информации о контурах линий С?-ветви Н2. На основе измерений ширин отдельных линий (9-ветви молекул водорода, обусловленных столкновениями с молекулами воды в диапазоне температур 2000< Т <3500 К и плотностей 1< р <6 Амага, получены температурные зависимости коэффициентов уширения линий с ./=1,3,5,7,9. Для измерения температуры по KÁPC-спектрам Q-ветви водорода были использованы экспериментально измеренные /-зависимости ширин линий, полученные непосредственно в импульсно-периодической кислородно-водородной камере i сгорания высокого давления.

В Заключении сформулированы основные результаты работы.

Апробация работы и публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 14 работах, из них'5 публикаций в журналах из списка ВАК [1-5], и докладывались на конференциях:

1. XXIII Европейская конференция по нелинейно-оптический спектроскопии ECONOS-2004, Эрланген, Германия, апр. 2004 г.

2. Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике ICONO/LAT 2005, Санкт-Петербург, Россия, 11-15 Мая 2005 г.

3 Российский Научный Форум с международным участием ДЕМИДОВСКИЕ ЧТЕНИЯ. Москва - Екатеринбург — Томск, 25 февраля - б марта 2006 г. Конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы современной физики».

4. XXV Европейская конференция по нелинейно-оптический спектроскопии ECONOS-2006, Братислава, Словакия, апр. 2006 г.

5 XIX Международная конференция по молекулярной спектроскопии высокого разрешения, (ICHIRMS) Прага, Чешская Республика, 29.08-02.09 2006 г.

6 XXVI Европейская конференция по нелинейной оптике и спектроскопии ECONOS-2007, С -Петербург, Россия, май 2007 г.

7. Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике ICONO/LAT 2007, Minsk, Belarus, 28 May - 1 June, 2007 г.

8. XXI Международная конференция по спектроскопии комбинационного рассеяния ICORS-2008, Лондон, Англия, 17-22 августа 2008 г.

9. Международная конференция «Комбинационное рассеяние — 80 лет исследований» («KP-80»), ФИАН, Москва, Россия, 08-10 октября 2008 г.

10. XXVIII Европейская конференция по нелинейной оптике и спектроскопии ECONOS-2009, Фраскати, Италия, май 2009 г.

11. 10-я Международная Научно-Техническая Конференция "Оптические методы исследования потоков" (ОМИП-2009), Московский энергетический институт (технический университет), Москва, РФ, 23 - 26 июня 2009 г.

12. XX Европейская конференция по нелинейной оптике и спектроскопии ECONOS-2011, Энсхеде, Нидерланды, май 2011 г.

13. VIII Тихоокеанский Симпозиум по Визуализации Течений и Обработке Изображений (PSFVIP-8), Москва, РФ, 21-25 августа 2011 г.

Выводы к Главе 4.

Проведение измерений? непосредственно в; кислородно-водородном пламени позволило;, продвинутся? в область , высоких температур >1800» К и получить данные, недоступные в>юоветных измерениях. . ; ''. ■

Для; анализа контура спектральной линии: использовался; интерферометр Фабри-\ lcpo (ИФП). Обработка интерферограмм: включала: определение центров, усреднение, по углу, приведение интерферограмм к Эйри-подобному профилю, учитывая тем, самым распределение;интенсивности в пучке, возможную - широкополосную; засветку и шумы приемника, подгонку экспериментальных профилей сверткой? аппаратной; функции; интерферометра (Эйри) с; профилем однородно уширенного перехода (Лоренц): В результате обработки и анализа обширного массива;экспериментальных интерферограмм КАРС, записанных для линий б/, Оз, 0.5, 0.7, б?р, была получена информация-.о параметрах контуров спектральных линий (центральная" частота, ширина) в: диапазоне давлений; 10 — ЮО.ш/ш и темнсратур-2000 - 3500 К. ' .

Температура, определялась из широкополосных КАРС-спектроъ: Для первичной, оценки температуры То использовалась экстраполяция данных по коэффициентам уширения линий водорода водой, полученных в кюветных измерениях в температурном диапазоне 600 - 1800 К, в область высоких температур (-2000-3500 К) и специальная итерационная процедура. На основании полученных значений температуры То и Также на основе этих измерений были получены данные о температурных зависимостях коэффициентов столкновительного сдвига при этих же условиях [55] : . . 1()0 измеренных значений давления в ИКВД, делались оценки концентрационного состава продуктов сгорания на основе расчета адиабатического горения кислородно-водородной смеси; каждому широкополосному КАРС-спектру ставился в соответствие набор параметров (температура, давление, концентрации продуктов), характеризующих условия эксперимента в этой реализации и — ширина- спектральной линии; контур которой анализировался в этом эксперименте. После группировки- всего массива данных по признаку одинаковости реализующихся в ИКВД условий, удавалось собрать /-зависимостш ширин контуров спектральных линий, соответствующие каждой реализации широкополосного КАРС-спектра. Эти экспериментальные /"-зависимости ширин линий использовались для корректного измерения /температуры в каждой - реализации. Учет измеренной в данной работе /-зависимости ширин линий позволил уменьшить систематическую ошибку (с ~20-30'% до ~ 3-5%) в определении газовой температуры в Я/С^-пламенах, основанном на измерениях интегральных интенсивностей. линий КАРС-спектров С?-ветви водорода.

Оценка^ коэффициента диффузии показала, что основной вклад в уширение линии при реализующихся ¡условиях внутрикамеры сгорания дает столкновительное уширение. На основе измерений ширин отдельных линий О-ветви. молекул водорода, обусловленных столкновениями'с молекулами воды в диапазоне температур>2000<Г<3500 К и плотностей 1 <р<6 Амага, получены температурные зависимости коэффициентов.уширения линий с /=1,3,5,7,9. Измеренные коэффициенты- уширения- согласуются с экстраполяциями в? область высоких^ температур результатов, полученных в> стационарной кювете при температурах 600-1800 К. Однако поведение опорных кривых,, проведенных через экспериментальные" значения коэффициентов, уширения может означать, что следует уточнить вид закона температурной зависимости коэффициентов уширения для наилучшего аналитического описания наблюдаемых экспериментальных данных.

Полученные данные, в совокупности с кюветными измерениями, могут быть использованы-в практических приложениях по термометрии водородосодержащих смесей в диапазоне температур от 300 до 3500 К.

Заключение.

В работе получены следующие основные результаты:

1. Измерены ширины и коэффициенты уширения линий О-ветви молекул водорода, обусловленные столкновениями с молекулами воды в температурном диапазоне 2000-3500 К (/=1,3,5,7,9).

2. Проведен анализ влияния спектральных шумов лазеров накачки на форму контура отдельной линии КАРС-сисктра, регистрируемого с помощью интерферометра Фабри-Перо за один лазерный импульс (~ 10 нсек) в схемах широкополосного и двойного широкополосного КАРС Показано, что даже в случае ограниченной ширины спектров лазеров (~1 см1), применение схемы двойного широкополосного КАРС за счет усреднения шумов в спектре бигармонической накачки уменьшает искажения формы контура (дисперсия значений ширин контура, измеренным по 100 импульсам уменьшается в 3 раза) и позволяет реализовать аппаратурное спектральное разрешение ОД см'1.

3. Для определения параметров контуров спектральных линий КАРС, регистрируемых с помощью интерферометра Фабри-Перо, разработаны алгоритмы и созданы программы обработки интерферограмм, включающие в себя: а) определение центров симметрии и усреднение по углу пространственной двухмерной картины интерференционных колец, приводящее к одномерному распределению интенсивностей4 по радиусу; б) определение ширин контуров отдельных спектральных линий путем подгонки спектральных профилей интерференционных.полос сверткой функций Эйри и Лоренца.

4. Проведены измерения температур в кислородно-водородном пламени камеры сгорания высокого давления и показано, что учет измеренных в данной работе 3-зависимостей ширин линий молекул водорода в диапазоне температур 2000 - 3500 К уменьшает систематическую ошибку в определении газовой температуры в Д/Ог-пламенах, основанном на измерениях интегральных интенсивностей линий КАРС спектров О-ветви водорода, на 20-30 %.

5. Применение импульсной кислородно-водородной камеры сгорания высокого давления (20-200 агпм. при температурах 2000-3500 К) позволило создать условия, когда столкновительная ширина спектральных линий водорода при высоких температурах обусловлена, главным образом, столкновениями с молекулами воды. Показано, что работа ИКВД стабильна, а условия внутри воспроизводимы от импульса к импульсу.

6. Для реализации оптической схемы двойного широкополосного КАРС, были модифицированы канал измерения температуры и канал определения параметров контура спектральной линии; а также канал измерения давления был дополнен двухканальным АЦП, и была создана в среде Lab View программа чтения с АЦП отклика датчика давления и фотодиода.

1. Maker, P.D., and Terhune, R.W. «Study of Optical Effects Due to an Induced Polarization

2. Third Order in the Electric Field Strength». Phys. Rev. 137, A801 A818 (1965).

3. P. R. Régnier and J. P.-E. Taran. «On the possibility of measuring gas concentrations by stimulated anti-Stokes scattering». Appl. Phys. Lett. 23, 240 (1973).

4. Flytsanis C., in: «Quantum Electronics: A Treatise», ed. by Rabin H., Tang C.L., vol. I, Academic1. Press, New York, 1975.

5. Дж. Ниблер, Г. Найтен. в кн.: «Спектроскопия Комбинационного рассеяния в газах и жидкостях.» //Под ред. А. Вебера, пер. с англ., М., «Мир», 1982.

6. Ахманов С. А., Коротеев Н.И. «Методы нелинейной оптики в спектроскопии рассеяниясвета». М: Наука, 1981.

7. Hall, R.J., Eckbreth, А.С., «Coherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy (CARS): Applicationto Combustion Diagnostics, in: Laser Applications», Vol. 5, Eds. Ready, J. F. & Erf, R.K., Academic Press, Orlando, Florida, 1984, pp. 213-309.

8. D. A. Greenhalgh, in: «Advances in Nonlinear Spectroscopy», R. J. H. Clark and R. E. Hester,

9. Eds., John Wiley & Sons, New York, 1988.

10. R.J.Hall, J.F.Verdieck, and A.C.Eckbreth. «Pressure-induced narrowing of the CARS spectrum ofN2». Opt. Comm., 35, 69 (1980)

11. J.C. Luthe, E. J. Beiting, F. Y. Yueh, «Algorithms for calculating coherent anti-Stokes Ramanspectra: application to several small molecules», Сотр. Phys. Comm. 42, 73-92 (1986).

12. R. J. Hall, «CARS spectra of combustion gases», Comb. Flame 35 47-60 (1979).

13. W. F. Murphy, W. Holzer, and H. J. Bernstein, «Gas Phase Raman Intensities: A Review of 'Pre-Laser" Data» Appl. Spectrosc. 23, 211-218 (1969).

14. Dunham J.L. «The Energy Levels of a Rotating Vibrator» Phys. Rev. 1932; 41: 721.

15. R. Herman, R. F. Wallis. «Influence of vibration-rotation bands of diatomic molecukes.» J. Chem. Phys. 23 (1955) 637-646

16. M. Marrocco. «Comparative analysis of Herman-Wallis factors for uses in coherent anti-Stokes Raman spectra of light molecules» J. Raman Spectroscopy., vol. 40, issue 7, pp. 741747 (2009).

17. Р.Пантел, Г.Путхов. «Основы квантовой электроники.» Пер. с англ., М. «Мир», 1972.

18. И.Р.Шен. «Притопы нелинейной оптики». Пер с англ. М. «Наука», 1989.

19. Robert P. Lucht, «Three-laser coherent anti-Stokes Raman scattering measurements of two species» Opt. Lett. 12, 78-80 (1987)

20. R.R. Anteliff, O. Jarrett, «Multi-Species Coherent And- Stokes Raman Scattering Instrument for Turbulent Combustion». Rev. Sci. Instrum. 58, 2075-2080 (1987)

21. D.A. Greenhalgh and S.T.Whittley, «Mode noise in Broadband CARS-spectroscopy» Appl.Opt. 24, n.6, 907-913 (1985)

22. P.Ewart, «A modeless, variable bandwidth, tunable dye laser» Opt.Commun.55, 124-126 (1985).

23. K.A.Vereschagin, V.V.Smirnov, O.M.Stel'makh, V.I.Fabelinsky and W.Clauss, D.N.Klimenko, M.Oschwald, A.K.Yereschagin «Single shot high resolution dual-broadband CARS interferometric lineshape spectroscopy». J. Raman Spectroscopy. 2004; 35.

24. A.C.Eckbreth. «BOXCARS: crossed-beam phase matched CARS generation in gases». Appl.Phys.Lett., 32(7), 1978

25. D.Klick, K.A.Marco, L.Rimai. «Broadband Single-pulse CARS spectra in a fired internal combustion engine». Appl.Opt., 20, 1178 (1981)

26. L.A. Rahn, R.L. Farrow, and G.J. Rosasco «Measurement of self-broadening of the H2 О (0 — 5) Raman transition from 295 to 1000 К» Phys.Rev. 43, 6075 (1991)

27. F.Chaussard, X.Michaut, R.Saint-Loup, H.Berger, P.Joubert, J.Bonamy, D.Robert. «Broadening measurements and analysis of the Q-branch lines of the H2-H2O mixtures by

28. R. H. Dicke, «The effect of collisions upon the Doppler width of spectral lines». Phys. Rev. 89, 427 (1953)

29. R. L. Farrow and R. E. Palmer, «Comparison of motionally narrowed coherent anti-Stokes Raman spectroscopy line shapes of H2 with hard- and soft-collision models» Opt. Lett. 12, 984-986 (1987).

30. J.R. Murray and A.Javan, «Effects of collisions on Raman Line Profiles of Hydrogen and Deuterium Gas». J.Mol. Spectroscopy, 42, 1-26 (1972)

31. R. C. Desai, and M. Nelkin, «Collective motion in liquid argon». Phys-Rev Lett., 16 ( 1966), pp. 839-841.

32. J.W. Forsman, P.M. Sinclair, A.D. May, P. Duggan and J.R. Drummond, «Departures from the Soft Collision Model for Dicke Narrowing; Raman Measurements in the Q-Branch of D2», J. Chem. Phys., 97(8), 5355-5361, (1992).

33. Farrow R.L., Rahn L.A., Sitz G.O., Rosasco G.L., «Observation of a speed-dependent collisional inhomogeneity in H2 vibrational line profiles». Phys.Rev.Lett., 63 (1989) 746.

34. Bischel, W. K., and M. J. Dyer, «Temperature dependence of the Raman linewidth and line shift for the Q(l) and Q(0) transitions in normal and para-H2». Phys. Rev. A: Gen. Phys. 33, 3113 (1986).

35. A.D. DePristo, «Collisional influences on vibration-rotation spectral line shapes: A scaling theoretical analysis and simplification». J.Chem.Phys., 73, 2145 (1980)

36. D. Robert, J.M. Thuet, J. Bonamy, and S: Temkin, «Effect of speed-changing collisions on spectral line shape». Phys.Rev. A 47, 771 (1993).

37. Berger J.-P., Saint-Loup R., Berger H., Bonamy J., Robert D., «Measurement of vibrational line profiles in H2-rare gas mixtures: determination of the speed dependence of the line shift», Phys. Rev. A 49 (1994), 3396.

38. Michaut X., Berger J.-P., Saint-Loup R., Chaussard F., Berger H. «Theoretical and experimental studies of H2 vibrational lines in high pressure and temperature mixtures».

39. Actes du Colloque Combustion dans les Moteurs Fusees, Toulouse, 25-28 Juin 2001, CEPADUES-EDITIONS, Toulouse.

40. F. Chaussard, X. Michaut, R. Saint-Loup, H. Berger, P. Bouchardy et F. Grisch. «Optical Diagnostic of temperature in rocket engines by coherent Raman techniques». Comptes Rendus Physique, v5, n2 : 249- 258 (2004).

41. Справочник «Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания». (п/р В.П.Глушко Академия Наук СССР, ВИНИТИ, Москва, 1972)'

42. Интерферометр Фабри-Перо, Физическая энциклопедия, том 2, стр. 174 //под. ред.

43. A.M. Прохорова, «Советская энциклопедия» 1988.

44. Лебедева В.В. «.Техника оптической спектроскопии». М.: МГУ, 1977. Или Лебедева

45. B.В. «Техника оптической спектроскопии». 2-е издание, М., 1986.

46. V.I.Fabelinsky, V.V. Smirnov, О.М. Stel'makh, K.A.Vereschagin, А.К. Vereschagin , W. Clauss, M. Oschwald. «New approach to single-shot CARS thermometry of high-pressure, high-temperature hydrocarbon flames», J. Raman Spectroscopy, 2007; 38, 989.

47. J.O. Hirschfelder, C.F. Curtiss, and R.B.Bird, «Molecular Theory of Gases and Liquids» (Wiley, New York, 1964)

48. С. Бретшнайдер. «Свойства газов и жидкостей». Перевод с польского п/р П.Г.Романкова. Издательство «Химия», Москва, Ленинград, 1966:

49. Справочник «Физические величины». П/р И.С.Григорьева, Е.З.Мейлихова. Москва, Энергоатомиздат, 1991.

50. W.Clauss, D.N.Klimenko, M.Oschwald, K.A.Vereschagin, V.V.Smirnov, O.M.Stelmakh, and V.I.Fabelinsky. «CARS investigation of hydrogen Q-branch linewidths at high temperatures in a high-pressure H2-O2pulse burner», J. Raman Spectroscopy, 2002; 33: 906 911

51. M.P. Маликов, А.Д. Савельев, В.В. Смирнов «Измерение сечения поступательной релаксации по сужению Дике в КАРС спектрах молекулы D2». Письма в ЖЭТФ 1984, том 39, вып 11, стр 527-529.fobМ