Лидарная система для мониторинга атмосферы на основе электроразрядного эксимерного лазера тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им.Д.В.Ефремова

на правах рукописи

УДК 621.039.634:661.666

Молодцов Николай Александрович

Лид арная система для мониторинга атмосферы иа основе электроразридного эксямериого лазера

01.04.13 -электрофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Сшпа-Пегербург 2000

Работ» выполнена в Институте Ядерного Синтеза РНЦ «Курчатовский институт»

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ ДА.Щеглов

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ Н.В.Знаменский

В.Г. Смирнов

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

Защита диссертации состоите*

- доктор фюико-мзтсмаггичсских наук Институт ядерного синтеза РНЦ «Курчатовский институт»

- доктор физико-математических наук

Институт сверхпроводимости и

фшихи твердого тела РНЦ

«Курчатовский институт» -кандидат физико-математических наук Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. ДВ.Ефремова, (НИИЭФА)г. Санкт-Петербург

- ГНЦ РФ Троицкий институт итаовационных и термоядерных исследований (ТРИНИТИХ т. Троицк

2000 г. в "

В

часов на

заседании диссертационного совета к 034.05.01 Научно-исследовательского института электрофизической аппарату]»! им. ДВ.Ефремова в Клубе уч£ных НИИЭФА (Металлострой, Полевал ул., 12)

С дассерпщисй можно ознакомит* в библиотеке НИИЭФА

Автореферат разослан (Т&и^ 2000 г. ¿>С*ИГ ^ &

Ояш об автореферате в одном экземпляре, заверенном учбным секретарши и гербовой печатью учреждеииа, просим направит. по адресу: 196641,Сан1ст-Петербург, НИИЭФА —"

И.о.уч4яого секретаря

диссертационного совста

доктор технических тиук, профессор

И.А.Шукейло

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Мониторирование газообразных загрязнений в атмосфере является проблемой первоочередной важности в современном мире из-за быстрого ухудшения экологических условий. Для Российской Федерации и других стран СНГ деятельность в этой области обусловлена значительным содержанием загрязнений в атмосфере над промышленными и городскими районами, а также высокой вероятностью промышленных аварий, сопровождающихся выбросами токсичных веществ.

Эффективными, но сравнительно редкими системами оперативного контроля окружающей среды, служат лидарные системы. Лазерная аппаратура является определяющей частью любой лидариой системы. Э» аппаратура определяет круг решаемых задач и должна удовлетворять набору требований предъявляемых при эксплуатации в полевых условиях.

Одним из наиболее значительных достижений ' современной электрофизики явилось создание электроразрядных эксимерных лазеров, которые широко применяются при создании лидарных систем как з качестве самостоятельных источников зондирующего излучения, так и для оптической накачки лазеров на красителях. В ряде случаев, таких как изучение озонового слоя, эксимерные лазеры являются практически единственным источником зондирующего излучения. Одним из наиболее эффективных способов использования эксимсрного лазера является его применение з лидерах дифференциального поглощения (DIAL- Differential Absorption Lidar) тредназначенных для мониторинга техногенных газообразных примесей. Однако, такие системы являются технически сложными и цорогостсящими -нет зарубежных лидарных систем колеблется от 1млн. до 1.5млн долларов США. Оптимизация электрофизических характеристик эксимерных лазеров и 'создание на их основе мобильных DIAL-сисгем с использованием отечественных (в том числе космических) технологий является актуальной проблемой Исследование перспеютиносги примекгния разработанной

лидарной системы в условиях чрезвычайных ситуаций, является важной составляющей диссертационной работы. Другой составляющей диссертационной работы, обеспечивающей её "актуальность, является возможность модифицировать созданную В1АЬ-систему в специализированную аппаратуру для экологических и научных измерений.

Целью работы являлась разработка концепции Б1АЬ-лидара на основе элеюроразрядного эксимерного лазера, позволившая создать компактную мобильную систему, способную проводить мониторинг газообразных атмосферных примесей не только в нормальных условиях, но и в чрезвычайных ситуациях. При этом конструкция и составные части системы должны обеспечивать возможность трансформировать лидар в аппаратуру для различных экологических и научных исследований. Также целью работы было проведение модельных экспериментов (на примере ртути и диоксида серы) демонстрирующих перспективность использования созданной лидарой системы в условиях промышленных аварий и пожаров, сопровождающихся выбросами токсичных веществ в атмосферу.

Новизна работы. Типичный подход к созданию существующих мобильных лидаров заключается в использовании идеи «передвижной лаборатории», то есть размещение аппаратуры лабораторного типа внутри автофургона, являющегося неотъемлемой частью лидара. Такая конфигурация лидаров накладывает ряд ограничений на их применение, а также на возможность та модификации для решения других задач.

Новым подходом в данной работе явилось создание автономного лидарного модуля на основе компактного электроразрядного эксимерного лазера. Модуль включает в себя источник зондирующего излучения, оптическую систему с устройством сканирования и светоприёмиую аппаратуру. Модуль был создан как автономная система в составе лидара, смонтированная на жесткой ферме в виде моноблока, который может быть доставлен к месту измерений различными транспортными средствами. При этом применялись отдельные узлы и элементы, которые были первоначально

спроектированы для работы в жестких условиях эксплуатации в космосе и прошли испытания в соответствии с требованиями националы-ых космических — стандартов. Гибкость лидарной конфигурации дает возможность трансформировать ее в специализированную систему, например, для геофизических и научных исследований.

Практическая ценность работы. В настоящее время в Росинской Федерации, не смотря на ухудшающуюся экологическую обстановку и высокую вероятность промышленных ч аварий, не хватает средств дистанционного оперативного контроля окружающей среды. Созданная мобильная лидарная система может иайги широкое применение для момггорирования газообразных токсичташя продуктов в атмосфере над промышленными и городскими зонами. Автономный лидярный модуль входящий в состав 01АЬ-лвдара делает особенно актуальным её применение в зоне чрезвычайных ситуаций(при пожарах, промышленных авариях и т.д.). Благодаря гибкости конфигурации лидарной системы и набору *ев характеристик, она может найти применение для различных экологических и научных исследований не только в РФ, но также и в других странах.

1. Разработка концепции лидара и методический подход к определению основных проектных параметров мобильной лидарнной системы (в том числе определение необходимых характеристик лазерной аппаратуры, приемной оптической системы, светоприемной аппаратуры, а также эксплуатационных характеристик, к которым относятся габариты, масса, энергопотребление, время развертывания в рабочее состояние и др.).

2. Мобильный лнпарный модуль па основе олектроразрядного эксимерного лазера для дистанционного определения загрязнений атмосферы газообразными примесями.

3 Конструктивные особенности мобильного лидарного модуля, позволяющие решить вопросы минимизации гаСар1ггов, массы и энергопотребления с сохранением необходимой жесткосги конструкции в совокупности с

требуемыми для таких оптических систем возможностями союстировки оптических агрегатов и элементов, а также обеспечение необходимых кинематических параметров подвижных частей. 4. Результаты модельных экспериментов (на примере ртути и диоксида серы) демонстрирующих перспективность использования созданной лидарой системы в условиях промышленных аварий и пожаров, сопровождающихся выбросами токсичных веществ в атмосферу. 5 Методика оценки реальных диагностических возможностей созданной лидарной системы. Сравнение проектных и реальных технических характеристик.

Апробация результатов работы. Результаты диссертации докладывались и обсуждались на семинарах ИЯС РНЦ «Курчатовский Институт», Международной конференции по экологическому мониторингу окружающей среды ( Даллас, США, 1996 г.), Международных европейских симпозиумах по контролю за окружающей средой (Мюнхен, Германия, 1997 г., Таллинн, Эстония, 1997 г.), Международном симпозиуме по монигорированию атмосферы и системам регистрации (Бостон, США, 1998 г.), Международном семинаре (Шпиц, Швейцария, 1999 г.). Презентация работы состоялась в г.г. Милан, Лечо, Бари, Италия, 1999 г.. Мобильная лидарная система получила Диплом на Междуигродной выставке «Человек, Город и Окружающая Среда», Мосхва, 1998 г. и Премию имени И.В.Курчатова за лучшую работу 1998 г. в области инженерных разработок Курчатовского института (Основная премия).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 5 печатных работах.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения. Содержание работы изложено, на 135 страницах текста, включает 53 рисунка и 11 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение. Дано понятие о детектировании загрязняющих веществ в

окружающей среде с использованием лидарных систем основой которых являются различные типы лазеров. Показано, что электроразрядные эксимерные лазеры широко применяются при создании лидарных систем. Обоснована актуальность работы. Кратко изложены содержание и основные результаты, характеризующие новизну диссертационной работы. Сформулированы положения, выносимые на защиту.

Глава 1 задастся обзором современных лидарных систем, применяемых для мониторинга окружающей среды и в научных исследованиях таких как физика атмосферы, вулканология, океанография и т.д. Рассмотрена роль электроразрядных эксимерных лазеров в лидарных системах различного типа. Классификация лидарных систем дана в соответствии с типом используемой диагностической методики, применяемой лазерной аппаратуры и объекта исследований.

В_пЛД проведен анализ общих требований, которым должен удовлетворять источник зондирующего излучения, предназначенный для использования ь мобильных лидарных системах Применение лидаров в нолевых условиях предъявляет ряд дополнительных требований к эксплуатационным характеристикам лазерной аппаратуры.

Вл_и рассмотрен набор характеристик современных элехтрорэзрядных эксимерных лазеров позволяющих широко использовать эта лазеры при диагностике различных прозрачных сред таких как газы, плазма, жидкости. '•

Показано что эксимерные лазеры обладают рядом свойств, делающих нх особо удобными при использовании в лидарных системах для дистанционного зондирования атмосферы и приповерхностного слоя морской • воды.

В п. 1 3 рассматриваются лидары с фиксированной рабочей длиной волны, из которых наиболее распространенными являются системы для зондирования аэрозолей [!] использующие преимущественно твердотельные

лазерные излучатели. В современных исследованиях влажности атмосферы оказалась эффективной методика комбинационного рассеяния УФ-излучения эксимерного лазера [2]. Кроме того, эксимерные лазеры применяются в океанических лидарах в качестве источника зондирующего излучения для возбуждения флуоресценции органических веществ находящихся в приповерхностном слое морской воды [3J.

П 1.4 посвящён рассмотрению лидаров с плавной перестройкой рабочей длины волны. Все рассматриваемые здесь системы являются флуоресцентными яидарами со следующей конфигурацией: эксимерный лазер накачки - лазер на красителях. При необходимости работы в УФ-области спектра применяют удвоение частоты в нелинейных кристаллах. Лидарные системы с такой конфигурацией применяют в качестве «океанических лидаров» (OLS - Qcean Lidar System) при зондировании приповерхностного слоя воды содержащего одновременно растворённые природные органические вещества, техногенные загрязнители и фитопланктон. Используемый в таких ситуациях «метод спектральных образов» ("signatures" - [4]) требует перестройки длины волны в широком спектральном диапазоне. Флуоресцентные лидары применялись также при зондировании искусственных облаков в верхней атмосфере содержащих атомы бария [5]. ,

В п.1.5 рассматриваются лидарные -измерения, при которых используется методика дифференциального поглощения (DIAL - Differential Absorption Lidar). Используется одновременное или попеременное зондирование на двух близких длинах волн. Одна из них- (Х<я) - настроена на линию (полосу) поглощения, опорная ("reference") длина волны Kss расположена в участке спектра, где отсутствует поглощение исследуемым веществом. В лидарах для зондирования стратосферного и тропосферного озона в качестве Хс используют УФ-излучение электроразрядного эксимерного лазера, а для генерации излучения на Кв применяют вынужденное комбинационное рассеяние на газовой кювете. При работе в длинноволновом участке видимого диапазона в начале ИК-диапазона целесообразно (например, при измерениях параметров атмосферных газов [6]) -использовать твердотельные лазеры на александрите или сапфире. Дм

детектирования загрязняющих газообразных примесей в атмосфере методом DIAL используется следующая конфигурация: импульсно - периодический

лазер накачки (как правило - эксимерный лазер), лазер на красителях, блок удвоения частоты. Используется одноканальная система регистрации, то есть . зондирование на X«, и hsa гедется попеременно.

Представленные в обзоре материалы показывают, что элекгроразрядные эксимерные лазеры широко применяются в лидарных системах как в качестве непосредственного источника зондирующего излучения, так и для оптической някячки устройств перестраиваемых по длинам, волн.

Глава 2 содержит описание лазерной аппаратуры, входящей в состав »обильной лиязриой системы. Основным лазерным устройств«,! яаляегся электроразрядный ХеС1 - лазер (Xi. « 308 нм). За базовую модель был принят эксимерный лазер прототипом которого являлся элетроразрядный эксимерный лазер «Сезон» созданный для космического лидара. В конструкцию базовой

г

модели был внесен ряд изменений с целью увеличения энергии излучения, оптимизации частоты повторения лазерных импульсов, длительности и форкбд импульса, ресурса газовой смеси. Дано описание узкополоского лазера на красителях и блока удвоения частоты на нелинейных кристаллах ВВО

П л./]. I приведено описание конструкции базовой модели эксимерного лазера. Даны результаты стендовых исследований проведенных с целью оптимизации параметров лазерного излучения путем выбора методики подготовки разрядной камеры и режима газового разряда. Варьировались следующие параметры: состав и давление рабочей газовой смеси, скорость прокачки, частота повторения импульсов. Произведена модификация юстировочных узлов резонатора. Было также проведено сравнение параметров лазерного импульса при различгштс образцах зеркал резонатора, специально изготовленных для этих экспериментов. Достигнута энергия Ei ~ 240 мДяс при частоте повторения регулируемой в диапазоне 5 - 100 Гц. Проведены ресурсные испытания для рабочих газовых смесей и ряда элементов газоразрядной камеры. Влиянге формы моноимпульса XeCI - лазера ка

параметры излучения лазера на красителях изучалось при использовании раствора органического красителя "Кумарин - 307".

В п.2.2 рассматривается конструкция узкополосного, плавно перестраиваемого по длинам волн лазера на красителях. С целью использования техники DIAL была применена следующая конструкция резонатора лазера. Дифракционная решётка состоит из двух отдельных частей, настроенных на X«, и Xofr соответственно; попеременная генерация в импульсно - периодическом режиме работы осуществляется путем перекрывания одного из пучков с помощью вращающегося прерывателя.

В п.2.3 содержится краткое описание блока удвоения частоты излучения. Поскольку зондирование ряда распространённых токсичных примесей в атмосфере, например NO, Hg и т. п. производится в спектральном диапазоне 200 <. X £ 300 нм, использована генерация второй гармоники в нелинейных кристаллах ВВО. Выходная энергия моноимпульса зондирующего излучения дай рабочих длин волн составляла 2.5-3.0 мДж при спектральной ширине линии равной ~ 2 пм. Калибровка по длинам волн проводилась как с применением ртутной кюветы так и по оптогальваническому эффекту.

Глава 3 содержит описание базы исходных данных которые были использованы для выбора конфигурации (в соответствии с разработанной концепцией лидара) и основных технических характеристик МЛС. Требование к предельной чувствительности системы формулировалось в следующем виде. При зондировании на расстояниях не менее R=1 км, разрешении ARslO м и нормальном состоянии атмосферы содержание загрязнителя равное отечественным нормам ПДК (предельно допустимая концентрация) должно быть зарегистрировано при соотношении сигнал/шум не менее единицы. В качестве основных объектов исследования в ходе полевых испытаний МЛС были выбраны такие высокотоксичные загрязнители как атомарная ртуть и диоксид серы. Одновременно, зондирование этих веществ является одним из наиболее сложных в техническом отношении случаев применения методики DIAL, так как рабочие длины волн лежат в УФ -области спектра вблизи X2S4 им для ртути и ХЗОО нм для диоксида серы. При этом требуется высокая.

стабильность длины волны и укополосность (ДХь » 1+2 пм в случае зондирования ртути). Для вычисления сигналов, регистрируемых фотодетектором числа фотоэлектронов N5* использовано лидарное уравнение для моностатической схемы измерений и короткого 2ДК/с)

зондирующего импульса:

//рЕ(Я,Л,М)=С /У^ пь а„ •ДЙ-Л_2ехр|{-2[сг(Л)« + а2;(Л)]}<ЗА

Здесь пь - концентрация частиц, обеспечизазощкх обратное рассеяние зондирующего излучения; оп =■ {<5о>Л5П)* - дифференциальное сечение обратно!« рассеяния, о(Х) и п(Я) - сечение поглощения и концентрация исследуемого загрязнителя соотвегствгктгэ; а>; - суичгрьый линейный коэффициент ослабления излучения прочими составляющими атмосферы; ЪРт - число фотонов в зондирующем импульсе на выходе в атмосферу, то есть С - коэффициент, определяемый характеристиками приёмной системы лидара.

Из формы приведённого уравнения следует, что необходимо располагать тремя группами основных исходных данных:

• характеристики «чистой» атмосферы (при отсутствии зги ризшгтеля, т е. пь, с«, а£) и спектры пог лощения загряшкпелей ^(Ха-.), о(Хсв)/;

• параметры излучателя МЛ С /А^нСХ*! , ^а У;

• характеристики всех оптических элементов лкдара (призмы, зеркала, линзы, фильтры) и квантовый выход фотоумножителя для рабочих дайн волн Г)(Х). В стандартной модели «чистой» атмосферы учитывается молекулярное рэлеевское рассеяние; поглощение аэрозолями, равное ослаблению за счёт рэлеенского рассеяния;

4 поглощение тропосферным озоном при = ПДК Данные по

спектру поглощения ртути были взяты из работы [7]; для диоксида серы использованы спектры, приведённые в [8,9]. Набор технических характеристик, необходимых для априорных оценох, определяется составом аппаратуры лидара. Упрощенная оптическая схема мобильного лидарного модуля МЛМ показана иа следующем рисунке.

Рис. 1. Упрощённая оптическая схема лидарного модуля.

Лидарный модуль состоит из эксиыерного лазера 1 и перестраиваемого по длинам волн лазера на красителях 2 с блоком удвоения частоты излучения 3. С помощью поворотной призмы 5 и сканирующего зеркала 4 зондирующее излучение направляется в атмосферу. Рассеянное излучение собирается зеркалом 4 и телескопом, собранным по схеме Ньютона (9 и б главное и диагональные зеркала соответственно). Выделение требуемого спектрального интервала осуществляется с помощью набора оптических фильтров 8, а регистрация световых сигналов - фотоумножителем 7. Для ряда узлов аппаратуры, таких, например, как удвоитель частоты, оптические фильтры, некоторые из вспомогательных оптических элементов можно использовать фактические характеристики. Для таких параметров как эффективность преобразования энергии в лазере на красителях, коэффициент преобразования в удвоителе, квантовый выход фотоумножителя в УФ-обласгн спектра используются средние значения этих параметров даваемые предпрюггием-изготовителем. Коэффициенты отражения зеркал (г*, г», и тг)

брались в соответствии с ТЗ согласованными с изготовителями. Для выбора интерференционных фильтров УФ - диапазона были использованы данные публикаций по В1Л1.-системам и информация предприятий - изготовителей. Доя энергии импульса - эксимерного лазера накачки в расчётах было использовано среднее значение (Еем= 200мДж) из диапазона энергий аналогичных ХеС1 - лазеров. Для эффективности преобразования зтого излучения в лазере на красителях взято типичное значение, равное -10%, а для эффективности удвоения в нелинейном кристалле ВВО - 17%. Поскольку планировалось применение разрабатываемого модуля з различных лидарных системах, то в качестве фотодетектора был выбран ФЭУ, чувствительный в широком спектральном диапазоне (хварцеаое окно, муттпщгзотюй фотокатод со спсхтралыюй характеристикой С-8). Проведено сопоставление технических характеристик принятых в качестве исходных данных и реальных параметров, полученных в ходе поблочных измерений и стендовых испытаний аппаратуры. Показано, что хотя некоторые технические характеристики отличаются от расчётных, однако, их комбинация, определяющая чувствительность регистрации загрязнителей, имеет практически то же самое значение.

Глава!, посвящена описанию конструкции лидарной системы. Эта глава содержит описание оскопных подсистем МЛС, их компоновку и особенности эксплуатации аппаратуры

В_лА.1 изложена концепция разработки рассматриваемой МЛС. Типичный подход к созданию МЛС, (описанному, например, в [7]) заключается в использовании идеи "передвижной лаборатории", то есть в укреплении корпуса автофургона и размещении внутри него аппаратуры лабораторного типа. В настоящей работе применен опыт разработки бортовой аппаратуры для космических исследований и создан автономный лвдарный модуль .защищенный от атмосферных воздействий, хоторый может быть доставлен к месту проведения измерений различными транспортными средствами

В п 4.2. описана компоновка основных узлов лидара и его оптическая схема; главная особенность конструкции заключается в том, «гто лазерная

аппаратура, оптические элементы, фотодетекторы и узлы приводов поворота

сканирующего зеркала объединены в отдельный блок ("мобильный лидарный

модуль" МЛМ) несушей конструкцией которого является жесткая ферма.

Ферма обеспечивает стабильность союстировки оптических узлов и элементов

и позволяет проводить такелажные работы, а также закрепление на

транспортном средстве. Модуль может быть использован в cocfaae МЛС, либо

ч

доставлен к месту измерения различными транспортными средствами. Вес модуля составляет ~650 юг.

П. 4.3. содержит описание основных подсистем МЛС. Телескоп собран по схеме Ньютона. Диаметр главного зеркала равен 400 мм, фокусное расстояние составляет 1200 мм. Главное и поворотное зеркала телескопа (как и все поверхности других оптических элементов) имеют специальное покрытие для работы в УФ - диапазоне. Покрытие обладает стойкостью к атмосферным воздействием и характеризуется коэффициентом отражения -98%. Сканирующее плоское зеркало эллиптической формы имеет размеры 820x420 мм; оно используется как для выбора направления зондирующего лазерного луча так и для приема рассеянного излучения. Управление поворотом по азимуту равном 360° и по вертикали (-Ю^л.+ЗО0) осуществляется с помощью изготовленных по космической технологии редукторов и програыно-управляемых шаговых двигателей, максимальная тактовая частота которых составляет ~1 кГц. Источник зондирующего излучения на основе электроразрядного эксимерного лазера накачки, узкополосного лазера на красителях и блок преобразования на нелинейных кристаллах был описан в Гл.2.

Дано описание свегоприсмной аппаратуры.' Рассеянное излучение детектируется электронным фотоумножителем с кварцевым окном и мультищелочиым фотокатодом (Hamamalsu R562). Для лидарного модуля были выбраны фильтры поставляемые фирмой Optical Industries Inc. (США). Для предотвращения перегрузки ФЭУ от еозможной сильной засветки на начальном участке линии зондирования предусмотрен модулятор высокого напряжения, подаваемого на один или несколько динодов фотоумножителя; сигналы с выхода ФЭУ после предварительного усиления подаются на

аналого-цифровой преобразователь. Помимо ФЭУ, светоприбмная аппаратура включает в себя фотоэлементы ФК-29КПУ для моннторирования излучения эксимерного лазера и лазера на красителях.

Подсистема управления, регистрации, обработки и архивизации данных функционирует на базе персональною компьютера. Она обеспечивает < регистрацию рассеянного излучения и мониторируемых параметров блока зондирования, проводит предварительную обработку сигналов на аппаратном уровне, управляет блоком зондирования и шаговыми двигателями. После передачи зарегистрированной информации в ПК, производится ее обработка, визуализация и архивизация.

В качестве транспортного средства был использован грузовик НГ1П21, применявшийся ранее для военных целей. Кузов грузовика был доработан для размещения .лидарного модуля и системы регистрации. Источником электропитания служит мотор-генератор с мощностью 8кВт.

, Глава 5 посвящена описанию дистанционных измерений диоксида серы в атмосфере.

В_nil дано описание «традиционного» применения лидарного

зондирования диоксида серы - измерению SO2 над городской территорией.

П.5.2 содержит описание экспериментов, моделирующих применение МЛС в чрезвычайных ситуациях. Определены требования к параметрам моделирующего объекта, изготовлена установка для генерации диоксида серы. Выполнены измерения параметров источника SOj методом однопроходного зондирования. Эксперименты по дистанционному'зондированию с помощью методики DIAL проводились при различных метеорологических условиях, Приведены результаты экспериментов по измерению концентрации диохснда серы. Пример сигналов зондирования на длинах волн Aon и Xotr приведен на рис. 2 а,б. Выполнен анализ полученных экспериментальных результатов.

в

1,8

1,4 1,0 0,6 0,2 0

а

\

1 \

\

1 91 182 273 364 455 546 728 910

В

1,8

1,4

1,0

0,6

0,2 0

6

•

\

1

\

} V

V, ^ и

1 91 182 273 364 455 546 728 910

Рис2.а,б Сигнал обратного рассеяния в (БОз): а - оп-сигнал; б - оСГ-сигнал

Глава 6 содержит описание модельных дистанционных измерений атомарной ртути в атмосферном воздухе.

В п б. 1 рассмотрены возможные аварийные ситуации, приводящие к выбросу паров ртути в атмосферу и особенности лидарного зондирования атомарной ртути.

В_йА2_приведено описание установки для генерации ртутных пароч и

схемы проведенных молельных ^экспериментов методом DiAL (аналогичной схеме, использованной в экспериментах по дистанционному зондированию диоксида серн).

П_б13_садержт' результаты дистанционного зондирования атомарной ртути в атмосфере. Зарегистрирован, d частности, снгн-vт флуоре;ис;щии туги. (песмэтря на эффективное tvotwî флуоресценции в соударениях с молекулами воздуха). Это требует внесения поправок в алгоритм обработки сигналов в методике DIAL, а с другой стороны даёт информацию о месте нахождения крупных градиентов концентрации ртути.

Глава 7 посвящена анализу и рекомендациям по расширению диагностических возможностей лидарного модуля. Дано описание реализации

одной из таят: воидаъкн&стей »¿мерекизм фонопого свечения н-?ба d •сочне «'о-слелой" об мети спектра.

il ..а__2,1. f л"сп«рир,1к-тся примечгичя разработанной лидарней

аппаратуры для зала-t, «-/глинных от мониторинга SOj и Iig без изменения хенструкшш лидг.рного модуля К таким задачам относятся дистанционное детектирование атмосферных загрязнителей таких например, как окислы К;Ох, j также использование лчларкого модуля дя» решения puas, научных задач, например, для мониторинга активных вулканов (вклад вулканической ртути в j.rj.iHс атмосферной Не; оценки «тюгоеш» Hg/SOj). Проа.чалтировг.ны во»мож»1остй и оеады хсяолвдаггши розра5о1анной лидарной аппаратуры при создании СКР-лидаров и флуоресцентных лидаров предназначенных для регистрации атомарных примесей в верхней атмосфере, а также в флуср^гц^нтмы.ч :i'::i.i№nx снстечгх

П. 7.2. содержит описание реализации по использованию разработанной аппаратуры - применению оптического тракта МЛС и системы детектирования световых сигналов для измерения фонового свечения неба в диапазоне длин воли короче Х-300 нм. Описана схема измерений яркости неба в этом спектральном диапазоне, приведены результаты измерений выполненных при различных метеорологических условий и в разное время суток. Рассмотрена методика обработки данных. Приведены выводы и рекомендации основанные на результатах проведенных измерений.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы:

1. Создана мобильная лидарная ВДАЬ-система на основе электроразрядного эксимерного лазера для проведения мониторинга атмосферных газообразных примесей, в том числе и при чрезвычайных ситуациях.

2. В составе МЛС создан автономный лидарный модуль, защищенный от атмосферных воздействий, который может быть доставлен к месту проведения измерений различными транспортными средствами. Поэлементные, стендовые, и полевые испытания продемонстрировали соответствие реальных эксплугацнонных характеристик МЛС заданным при проектировании исходным значениям соответствующих параметров. При разработке системы использован опыт создания и испытаний аппаратуры для космических применений, что обеспечивало высокую работоспособность системы и устойчивость к внешним воздействиям.

3. Разработаны предложения по применению автономного лвдарнопэ модуля для решения конкретных научных и прикладных задач (например, геофизические исследования, океанические лиДары)

4. Созданная лидарная система позволила провести эксперименты по дистанционному определение концентрации диоксида серы и атомарной ртути, попадающих в атмосферу из локалыпЛх источников. Измерения продемонстрировали перспективность нового направления в использовании МЛС - измерений динамики изменения концентрации загрязнителя в условиях чрезвычайных ситуаций.

5. С помощью огггического тракта и аппаратуры регистрации излучения были

проведены измерения фоновой солнечной радиации в области спектра при X < 300 нм. Зарегистрирована яркость неба в зависимости от времени суток и метеорологических > ^ловий. Получены данные о яркости неба в этой "солнечно-слепом" облзстч спектра, существенные для планирования и оптимизирования работы УФ - лидеров различных типов в дневное время суток.

Основные публикации no i ;vc диссертации

1. /.К Moskalenko, D.A. Shcheglov, andN.A. Molodtsov. "Lidar system for air pol'ntien monitoring over uibau «uea" » Pror of Нот?регп Symposium on Environmental Sensing, Munich, FR Germany , June 1997, Vol.3104, PP. 92-99.

2. I.V. Moskalenko, D.A. Shcheglov, and N. A. Molodtsov. "Mobile Remote Sensing System Based on Tunable Laser Transmitter for Environmental Monitoring" // in Abstracts of 3rd EARSel (European Association of Remote Sensing Laboratories) Workshop on Lidar Remote Sensing of Land and Sea, Tallinn, Estonia, July 1997, pl2 .

.! /. V. Moskalenko. D A. Shcheglov, А.Г. Rogachev A.A.Avdonm, N. A.Molodtsav. "Mobile !id;<r system for monitoring of gaseous pollutants in anroqmere over industrial And urban area" Proc. of Symposium Air Monitoring & Detection Systems, Bostcn, USA, 1998, Vol. 3533, PP. 241-249. 4 !.V. Moskalenko , D.A. Sfnteghv, arid N.A. Molodtsov. "Mobile LIDAR for Gas Pollution in the Atmospheie" ;/ Proc. of NATO - ISTC Workshop en Environmental Aspects of Converting CW Facilities to Peaceful Purpose and Derivative Technologies in Modeling, Medicine and Monitoring, Spiez,-. Switzerland , March 1999, P.36

5. l.V Moskaknbo, D.A Skt.fogluw, and ALi Molodtsov. "Remote sensing of atmospheric gaseous pollutants in presence of anthropogenic ozone" //Conference on Lidar Atmospheric Measurements, Munich, FR Germany, June

Paper 3521-04.

ЛИТЕРАТУРА

1. Зуев В.Е. //Лазерное зондирование индустриальных аэрозолей. Новосибирск: Наука, 1986.

2. Eichinger W.E; Cooper D.I., Parlange М., Katul G. // IEEE Trans, on Geosci. and Remote Sensing. 1993. V. 31. P. 70.

3. Hengstermcam Т., ReuterR // Appl. Opt. 1990. V. 29. P. 3218.

4. Babitchenko S„ Dudebak A., Poryvhna L // Proc. of XVI Congress of Baltic Oceanographers. (Kiel, FRG). 1988. P. 32.

5. Москаленко И.В., Щеглов ДА. //Физика плазмы. 1992. Т. 18,'Вып. 2. С. 131.

6. IsmailS„ BrowellE-V. //Appl. Opt 1989. V. 28. P. 3603.

7. EdnerH., FarisG.W., SunessonA., SvanbergS. //Appl. Opt. 1989. V. 28. P. 921.

8. BrassingtonDJ. //Appl. Opt. 1981. V. 20. P. 3774.

9. Woods P.T., JolliffeB.W., Marx В. Я И Opt Comm. 1980. V.33. P. 281.

Подписано к печати 06.09.2000 г. Формат 60x90x16. Уч.-шдл. 1. Тираж 80 экз. Бесплатно. Заказ № 2/152.

Отпечатано в НИИЭФА

t

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИДАРНЫХ СИСТЕМ, ПРИМЕНЯЕМЫХ

ДЛЯ МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

1.1. Общие требования к лазерным источникам для мобильных лидарных систем.

1.2 Применение электроразрядных эксимерных лазеров при зондировании прозрачных сред

1.2.1. Основные особенности эксимерных лазеров

1.2.2. Функции электроразрядных эксимерных лазеров в лидарных системах различных типов

1.3. Лидары с фиксированной рабочей длиной волны

1.3.1. Лидары для измерений аэрозолей

1.3.2. Лидары для измерений влажности на основе СКР-метода

1.3.3. Океанические лидарные системы (OLS) для измерений в приповерхностном слое воды

1.3.4. Лидары для изучения водного слоя методом обратного рассеяния

1.4. Лидары с плавной перестройкой рабочей длины волны

1.4.1. OLS-лидары для измерений нефтяных пленок и фитопланктона методом «спектральных образов»

1.4.2. Флуоресцентные лидары для измерений атомов (ионов) в верхней атмосфере

1.5. Лидары использующие метод дифференциального поглощения (DIAL)

1.5.1. Лидары для зондирования атмосферного озона

1.5.2. Лидары для измерений параметров атмосферных газов

1.5.3. Лидары для зондирования газообразных примесей в атмосфере

ГЛАВА 2. ЛАЗЕРНАЯ АППАРАТУРА МОБИЛЬНОЙ

ЛИДАРНОЙ СИСТЕМЫ (МЛС)

2.1. Электроразрядный XeCl-лазер

2.1.1. Базовая модель лазера

2.1.2. Модификация резонатора

2.1.3. Оптимизация режимов разряда эксимерного лазера.

2.1.4. Подготовка разрядной камеры и ресурсные испытания

2.2. Узкополосный лазер на красителях 54 2.3 Блок удвоения частоты

ГЛАВА 3. БАЗА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ВЫБОРА

ПАРАМЕТРОВ ЛИДАРА

3.1. Цель разработки

3.2. Лидарное уравнение

3.3. Выбор основных атмосферных загрязнителей для мониторинга с помощью МЛС

3.4. Предельно-допустимые концентрации веществ-загрязнителей в атмосфере. Сечения рассеяния и поглощения для зондирующего излучения

3.5. Модель «чистой» атмосферы

3.6. Выбор основных технических характеристик узлов и элементов лидарной системы

3.7. Алгоритмы оценки сигналов и соотношений сигнал/шум

3.8. Возможности применения лидарной системы в различных экологических ситуациях

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ МОБИЛЬНОЙ

ЛИДАРНОЙ СИСТЕМЫ

4.1. Концепция подхода к разработке мобильной лидарной системы

4.2. Компоновка лидарного модуля и его оптическая схема

4.3. Основные подсистемы МЛС

4.3.1. Телескоп и сканирующее зеркало

4.3.2. Светоприемная аппаратура

4.3.3. Подсистема управления, регистрации и сбора данных

4.3.4. Транспортное средство

ГЛАВА 5. ДИСТАНЦИОННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ ДИОКСИДА СЕРЫ

5.1. «Традиционное» применение лидарного зондирования SO2 в атмосфере

5.2. Лидарные измерения, моделирующие применение MJIC в чрезвычайных ситуациях

5.2.1. Особенности лидарного зондирования при значительных локальных выбросах диоксида серы

5.2.2. Требования к параметрам моделирующего объекта

5.2.3. Установка для генерации диоксида серы

5.2.4. Результаты модельных измерений концентрации диоксида серы

ГЛАВА 6. МОДЕЛЬНЫЕ ДИСТАНЦИОННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

АТОМАРНОЙ РТУТИ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ

6.1. Возможные аварийные ситуации приводящие к выбросу паров ртути в атмосферу

6.2. Установка для генерации ртутных паров и схема экспериментов

6.3. Результаты дистанционного измерения содержания атомарной ртути в атмосфере

ГЛАВА 7. РАСШИРЕНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ

ЛИДАРНОГО МОДУЛЯ. АНАЛИЗ И РЕКОМЕНДАЦИИ

7.1. Рассматриваемые схемы применения мобильного лидарного модуля (МЛМ) на основе эксимерного лазера в лидарных системах для научных и экологических исследований

7.2. Применение оптического тракта МЛМ для измерений фоновой солнечной радиации в УФ-области спектра

7.2.1. Актуальность проведения измерений яркости неба в УФ-области спектра

7.2.2. Схема измерений фонового свечения неба

7.2.3. Результаты измерений

Одной из наиболее важных современных проблем в мире является быстрое ухудшение экологических условий. Поэтому проблема мониторирования газообразных загрязнений в атмосфере представляется особо актуальной задачей. Для Российской Федерации и других стран СНГ деятельность в этой области обусловлена значительным содержанием загрязнений в атмосфере над промышленными и городскими районами, а также высокой вероятностью промышленных аварий, сопровождающихся выбросами токсичных веществ.

Эффективными, но сравнительно редкими системами оперативного контроля окружающей среды, служат лидарные системы. Лазерная аппаратура является определяющей частью любой лидарной системы. Эта аппаратура определяет круг решаемых задач и должна удовлетворять набору требований предъявляемых при эксплуатации в полевых условиях.

Одним из наиболее значительных достижений современной электрофизики явилось создание электроразрядных эксимерных лазеров. Эксимерные лазеры, для которых рабочей средой служат галогениды инертных газов, были созданы в 1975г., в том же году была получена генерация в электроразрядных KrF - лазерах [1-4]. Затем в публикациях 1977 года были описаны импульсно-периодические лазеры с частотами повторения 100 Гц и 200 Гц [5,6], но при низких средних мощностях излучения. Современные электроразрядные эксимерные лазеры обладающие высокой импульсной мощностью и частотой повторения широко применяются при создании лидарных систем как в качестве самостоятельных источников зондирующего излучения, так и для оптической накачки лазеров на красителях. В ряде случаев, таких как изучение озонового слоя, эксимерные лазеры являются практически единственным источником зондирующего излучения. Эксимерные лазеры накачки обеспечивают возможность получать плавно перестраиваемое в широком спектральном диапазоне излучение при импульсно-периодическом режиме работы. Поэтому одним из наиболее эффективных способов использования эксимерного лазера является его применение в лидарах дифференциального поглощения (DIAL - Differential Absorption Lidar) предназначенных для мониторинга техногенных газообразных примесей. Однако, такие системы являются технически сложными и дорогостоящими - цена зарубежных лидарных систем колеблется от 1млн. до 1.5 млн долларов США. Оптимизация электрофизических характеристик эксимерных лазеров и создание на их основе мобильных DIAL-систем с использованием отечественных (в том числе космических) технологий является актуальной проблемой. Так, в 1988 году впервые в мире в ИАЭ им. И.В Курчатова совместно с КБ "Салют" и СКБ АН Эстонии был создан электроразрядный эксимерный лазер для космических исследований [7].

В настоящее время в Российской Федерации, несмотря на ухудшающуюся экологическую обстановку и высокую вероятность промышленных аварий, не хватает средств дистанционного оперативного контроля окружающей среды. Поэтому создание мобильных лидарных систем для контроля окружающей среды является актуальной задачей на современном этапе. При этом, использование эксимерного электроразрядного лазера в качестве основного лазера накачки, значительно расширяют возможности лидарной системы. В настоящей работе основной функцией созданной мобильной лидарной системы является её широкое применение для мониторирования газообразных токсических продуктов в атмосфере над промышленными и городскими зонами. Также важной особенностью является применение разработанной лидарной системы в условиях чрезвычайных ситуаций. Другой составляющей является возможность модифицировать созданную DIAL-систему в специализированную аппаратуру для экологических и научных измерений.

Как правило, существующие мобильные лидары представляют собой «передвижные лаборатории», то есть размещение аппаратуры лабораторного типа внутри автофургона, являющегося неотъемлемой частью лидара. Такая конфигурация лидаров накладывает ряд ограничений на их применение, а также на возможность их модификации для решения других задач.

Новым подходом в данной работе явилось создание автономного лидарного модуля на основе компактного электроразрядного эксимерного лазера [8]. Модуль включает в себя источник зондирующего излучения, оптическую систему с устройством сканирования и светоприемную аппаратуру. Модуль создан как автономная система в составе лидара, смонтированная на жесткой ферме в виде моноблока, который может быть доставлен к месту измерений различными транспортными средствами. При этом применялись отдельные узлы и элементы, которые были первоначально спроектированы для работы в жестких условиях эксплуатации в космосе и прошли испытания в соответствии с требованиями национальных космических стандартов. Гибкость лидарной конфигурации, основанная на использовании автономного лидарного модуля, дает возможность трансформировать ее в специализированную систему, например, для геофизических и научных исследований. Автономный лидарный модуль входящий в состав DIAL-лидара делает особенно актуальным её применение при пожарах, промышленных авариях и т.д. [9], что было продемонстрировано на примере ртути и диоксида серы в модельных экспериментах. Благодаря гибкости конфигурации лидарной системы и набору её характеристик, она может найти применение для различных экологических и научных исследований не только в РФ, но также и в других странах.

Целью работы являлась разработка концепции DIAL-лидара на основе электроразрядного эксимерного лазера, позволившая создать компактную мобильную систему, способную проводить мониторинг газообразных атмосферных примесей не только в нормальных условиях, но и в чрезвычайных ситуациях. При этом конструкция и составные части системы должны обеспечивать возможность трансформировать лидар в аппаратуру для различных экологических и научных исследований. Также целью работы было проведение модельных экспериментов (на примере ртути и диоксида серы) демонстрирующих перспективность использования созданной лидарой системы в условиях промышленных аварий и пожаров, сопровождающихся выбросами токсичных веществ в атмосферу.

Диссертация состоит из семи глав.

7.2.4. Выводы и рекомендации

Полученные данные не противоречат существующим представлениям о фоне свечения неба в ультрафиолетовой области спектра. Рабочая длинна волны А.254 нм, используемая при зондировании атомарной ртути в атмосфере, находится в "солнечно-слепой" области спектра. Если учесть, что дискрет АЦП составляет AU = 2 мВ, а зарегистрированные сигналы фонового свечения не превышали 12 мВ при диафрагме 0 10 мм, то можно отметить, что фоновое свечение относительно мало. Расходимость ср зондирующего излучения не превышает одного миллирадиана, соответствующее изображение пучка в фокальной плоскости cpfr ~ 1 мм и диафрагма диаметром 10 мм избыточна. Реально можно проводить измерения с диафрагмами 0 (3-5) мм уменьшая тем самым сигнал фонового свечения в несколько раз.

Применяемая для дистанционного зондирования диоксида серы длина волны A300 нм лежит на границе "солнечно-слепой" спектральной области, и фоновое свечение возрастает примерно на 2 порядка величины (см., например, [10]). Реальный сигнал фона зависит, в частности, от конкретной формы профиля поглощения интерференционного фильтра, особенно его длинноволнового крыла. Тем не менее, прямые измерения сигналов обратного рассеяния показывают, что измерения в дневное время вполне возможны. Частично это связано с тем обстоятельством, что шум фактически определяется не самим фоном, а его статистическими флуктуациями, то есть пропорционален (BaAA,if)1/2.

При использовании рассматриваемой схемы измерений, предпочтительно проводить зондирование в утренние часы (см. рис. 7.4 ). Это предположительно связано с большими значениями угла между направлением на Солнце и линией зондирования (запад).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты данной работы можно сформулировать следующим образом:

1. Создана мобильная лидарная DIAL-система на основе электроразрядного эксимерного лазера для проведения мониторинга атмосферных газообразных примесей, в том числе и при чрезвычайных ситуациях.

2. В составе МЛС создан автономный лидарный модуль, защищенный от атмосферных воздействий, который может быть доставлен к месту проведения измерений различными транспортными средствами. Поэлементные, стендовые и полевые испытания продемонстрировали соответствие реальных эксплутационных характеристик МЛС заданным при проектировании исходным значениям соответствующих параметров. При разработке системы использован опыт создания и испытаний аппаратуры для космических применений, что обеспечивало высокую работоспособность системы и устойчивость к внешним воздействиям.

3. Разработаны предложения по применению автономного лидарного модуля для решения конкретных научных и прикладных задач (например, геофизические исследования, океанические лидары)

4. Созданная лидарная система позволила провести эксперименты по дистанционному определению концентрации диоксида серы и атомарной ртути, попадающих в атмосферу из локальных источников. Измерения продемонстрировали перспективность нового направления в использовании МЛС - измерений динамики изменения концентрации загрязнителя в условиях чрезвычайных ситуаций.

5. С помощью оптического тракта и аппаратуры регистрации излучения были проведены измерения фоновой солнечной радиации в области спектра при А, < 300 нм. Зарегистрирована яркость неба в зависимости от времени суток и метеорологических условий. Получены данные о яркости неба в этой "солнечно-слепой" области спектра, существенные для планирования и оптимизирования работы УФ - лидаров различных типов в дневное время суток.

Автор признателен своему научному руководителю Д.А.Щеглову за постоянную помощь в работе, сотрудникам Группы диагностики сред за помощь в подготовке экспериментов и многочисленные обсуждения на различных этапах работы. Автор считает своим приятным долгом поблагодарить сотрудников АН Эстонии за помощь в эксплуатации аппаратуры и многочисленные консультации во время работы.

1. Velazco J., Setser D. W. //Boundfree emission spectra of diatomic xenon halides. J. Chem. Phys. 1975. V. 62, # 5. P. 1990-1991.

2. Fisone G.C., Hays A.K., Hojman J.M. //100 mW, 248,4 nm, KrF laser excited by an electron beam. Opt. Commun. 1975, V. 15, #2. P. 188-189.

3. Burnham R, Harris N. W., Djeu N. // Xenon fluoride laser excitation by transverse electric discharge. Appl. Phys. Lett. 1976. V. 28, #6. P.326-328.

4. Wang C.P., Mivels H., Suttch D.C., SuchardS.N. //Fast-discharge initiated XeF laser. Appl. Phys. Lett. 1976. V. 28, # 2. P. 117-118.

5. Ищенко B.H., Лисицын B.H., Ражее A.M. //О частотном режиме работы экси-мерного лазера на KrF. Письма в ЖТФ. 1977. Т. 3, Вып. 14. С. 690-693.

6. Christensen С.P. //High repetition rate XeF laser with gas recycling. Appl. Phys. Lett. 1977. V. 30. # 3. P. 483-484.

7. Москаленко И.В., Палъмисте Л.Х., Процент Ю.К, Саар К.Ю., ВялиА.Х., Ур-баникЭ.А., Щеглов Д. А. //Лазерная диагностическая система для геофизических экспериментов. Письма в ЖТФ. 1988. Т. 14, Вып. 15. С. 1379-1383.

8. I.V. Moskalenko, D.A. Shcheglov, andN.A. Molodtsov. 'Lidar system for air pollution monitoring over urban area" // Proc. of European Symposium on Environmental Sensing, Munich, FR Germany , June 1997, Vol.3104, PP. 92-99.

9. MaedaM., Shibata Т. II Abstr. 14th Intern. Laser Radar Conf., San-Candido, Italy, 1988. P. 419-421.

10. ОЖшД, КалленР., Роде У.// Лазерная техника. Пер. с англ. М.: Атомиздат,1980.

11. Баранов В.Ю., Борисов В.М., Степанов Ю.Ю., // Электроразрядные эксимерные лазеры на галогенидах инертных газов. М.: Энергоатомиздат, 1988.

12. Bogen P. Schweer В., Ringler Н., Ott W./У Measurement of sputtered Mo-atom densities in front of the W-VIIA beam dump by fluorescence spectroscopy. Journ. Nucl. Mat. 1982. V. 111/112. P. 67-70.

13. Schweer В., Bogen P., Hintz E. // Application of laser induced fluorescence to the measurement of the release, the transport and the ionization of Ti atoms at the ASDEX divertor plates. // Ibid. P. 71-74.

14. LebedevS. V., MoshkalevS.A., Razdobarin G.T., Semenov V.V., ShakhoretsK.G. // Study of impurity behaviour in tokamak near wall region by laser - inuced fluorescence. Nucl. Fusion 1985. V. 25, # 8, P. 931-938.

15. Muller C.H., Burr el R.H. //Time dependent measurements of metal impurity densities in tokamak discharge by use of laser - induced fluorescence. Phys. Rev. Lett.1981. V. 47. P. 330-333.

16. Москаленко И.В., Щеглов Д.А. //Метод лазерной флуоресценции в диагностике плазмы. В кн.: Диагностика плазмы. Вып. 7. М.: Энергоатомиздат, 1990. С. 556.

17. Боген П., Мертенс Ф. // Диагностика пристеночной плазмы методом лазерной флуоресценции в ВУФ-обдасти. Диагностика плазмы. Вып. 5. М. : Энергоатомиздат, 1986. С. 200-205.

18. BogenP., Dreyfus R. W., LieY.T., Longer H. //Mesurement of atomic hydrogen densities and velocities by laser-induced fluorescence at Lyman-alpha. J. Nucl. Mater. 1982. V. 111/112. P.75-80.

19. Букреев B.C., Вартапетов C.K., Веселовский И.А., Шаблин Ю.С. // Измерение концентрации озона в нижней тропосфере лидаром дифференциального поглощения. Квантовая электроника. 1996. Т. 23, № 4. С. 363-367.

20. Зуев В.Е. II Лазерное зондирование индустриальных аэрозолей. Новосибирск: "Наука", 1986.

21. Shimizu Н., Sasano Y., Nakane И., е.а. И Large scale laser radar for measuring aerosol distribution over a wide area. Appl. Opt. 1985. V. 24, # 5. P. 617-626

22. Cooper D.I., Eichinger W.E. II Structure of atmosphere in an urban planetary boundary layer from lidar and radiosonde observations. J.Geophys. Res. 1994. V. 99, # D11, P. 22, 937-948.

23. Cooper D.I., Eichinger W.E., Holtkamp D.B., e.a. II Spatial variability of water vapor turbulent transfer within the boundary layer. Boundary Layer Meteorology. 1992. V. 61. P. 389-405.

24. Eichinger W.E., Cooper D.I., Parlange M., Katul G. II The application of a scanning, water raman lidar as a probe of the atmospheric boundary layer. IEEE Trans. Geosci. and Remote Sensing. 1993. V. 31,# 1. P. 70-79.

25. Hengstermann Т., Renter R. II Lidar fluorosensing of mineral oil spills on the sea surface. Appl. Opt. 1990. V. 29, #22. P. 3218-3227.

26. Stavn R.N., Weidemann A.D./Y Optical modeling of clear ocean lightfields: Raman scattering effects. Appl. Opt. V. 27, #19. P. 4002-4011.

27. Fluorescent lidar system FLS (models FLS-S and FLS-A) // Laser Diagnostic Instrument Ltd. (Tallin, estonia, 1995).

28. Carts Y.A. //Laser Focus World. 1991. # 11, P. 53.

29. Babitchenko S., Dudelzak A., PoryvkinaL. //Fluorescence excitation sinchronous scanning in remote investigation of water quality. Proc. of XVI Congress of Baltic Oceanographers. (Kiel, FRG). 1988. P. 32-35.

30. Babitchenko S., Dudelzak A., PoryvkinaL. //Proc. Of International Colloquim of Remote Sensing of Pollution of the Sea (Oldenburg, FRG). 1987. P. 56-65.

31. Megie G., Blamont J.E. II Laser sounding of atmospheric sodium. Planet Space Sci. 1977. V. 26. P. 1093-1109.

32. Thompson L.A., Gardner C.S. II Experiments on laser guide stars at Mocuna Kea Observatory. Nature, London. 1987. V. 328. P. 229-231.

33. Welsh B.M., Gardner C.S. //Appl.Opt. 1989. V. 28. P. 4141-4149.

34. Москаленко И.В., Щеглов Д. А. //Лазерное зондирование в лабораторных и космических экспериментах. Физика плазмы. 1992. Т. 18 Вып. 2. С. 131-141.

35. Gardner C.S., Kwon К.Н., Senft D.C. //Dynamics of narrow sodium layers observed in the mesosphere at Mauna Kea, Hawaii (20°N) and Longyearbyen, Svalbard (78°N).

36. Abstr. 27th Plenary Meeting of the Committee on Space Research (Espoo, Finland). 1988, paper VI, 2.10. P. 244.

37. Klyuev O.F., Portnyagin Yu.I., Moskalenko I. V., Shcheglov D.A. 11 Remote sensing of artificial luminous clouds by lidars. 28 th Plenary Meeting of the Committee on Space Research (The Hague. The Netherlands, 1990). Paper M.D.3.4.6.

38. МоскаленкоИ.В., ХейнлоА.Г., ЩегловД.А., КукушкинА.Б. //Определениеоптической толщины искусственных облаков в верхней атмосфере. «Космические исследования». 1990. Т. 28, № 4. С. 626-628.

39. MeasuresR.M. //Laser Remote Sensing. # 4: Wiley Interscience, 1984.

40. Fredriksson K., Galle В., Nystrom K., SvanbergS. II Laser system applied in atmospheric pollution monitoring. Appl. Opt. 1979. V. 18, #17. P. 2998-3003.

41. Farman J.C., Gardiner B.G., Shanklin J.D. //Large losses of total ozone in Antarctica reveal seasonal CLOx/NOx interaction. Nature London. 1985. V. 315. P. 207-210.

42. Буткевич В.И., ПриваловВ.Е. //Особенности применения лазеров в прецезион-ных аналитических измерениях. Журнал прикладной спектроскопии. 1988. Т. 49.№ 2. С. 183-200.

43. Lambda Highlights (Gottingen, FRG). 1982. # 2. P. 1-3.

44. Костко O.K., Смирнов Н.Д., Фадеев В.В. //О возможности лидарных измерений стратосферного озона. «Квантовая электроника». 1976. Т. 5. С. 2392-2399.

45. Werner J., RotheK.W., WaltherH. // Appl. Phys.B. 1983. V. 32. P. 113-120.

46. Steinbrecht W., Rothe K. W., Walther H. И Lidar setup for daytime and nighttime probing of stratospheric ozone and measurements in polar and equatorial regions Appl. Opt. 1989. V. 28,# 17. P. 33616-3624.

47. Sunesson J.A., Apituley A., Swart D.P.J, e.a. //Appl. Opt. 1989. V. 28. P. 931-938.

48. RoullardF.P. // Tunable Solid State Lasers. (Springer Series in optical sciences. V. 47). Berlin: Springer Verlag, 1985. P. 53-58.

49. Korb C.L., Weng C. Y. II Simulation of cross-track scanning lidar pressure and temperature profile measurement from the Earth Observing System (EOS) satellite. Proc. 14th Intern. Laser Radar Conf. San Candido, 1988. P. 176-178.

50. Grossmann B.E., Singh U.N., Higdon N.S. e.a. II Raman-shifted dye laser for water vapor DIAL measurements. Appl. Opt. 1987. V. 26, #9 P. 1617-1621.

51. Liver LP., Gentry В., Schwemmer G., Wilkerson D. //J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1982. V. 27. P. 423-428.

52. Ismail S., Browell E. V. II Airborn and spaceborn lidar mesurements of water profiles: a sensitivity analisis. Appl. Opt. 1989. V. 28, #17. P. 3603-3615.

53. NavaE., Malvicini С. II A Tunable alexandrite laser for remote sensing. Ibid. P. 278280.

54. Schwemmer G.K., Dombrowski M., Korb C.L. e.a. И A lidar system for measuring of water vapor. Rev. Sci. Instrum. 1987. V. 58. P. 2226-2237.

55. Allario F, Conway В. A. II An overview of NASA requirements for tunable solid state laser system and technology. Tunable Solide State Lasers. (Springer Series in Optical sciences. V. 47.). Berlin: Spinger Verlag, 1985. P. 42-52.

56. Koizumi H., Katayama M. II Line Crossing Observed in 2537 A Line from Mercury Lamp. Phys. Lett. 1977. V. 63A.#3. P. 233-234.

57. Nishimura, Fujimoto Т. II ^=253.7 nm line frome a low pressure mercury discharge lamp. Appl. Phys. B. 1985. V. 38. P. 91.

58. Fredriksson K, Galle В., Nystrom K., Svanberg S. II Vobile lidar system for environmental probing. Appl. Opt. 1981. V. 20. P. 4183-4187.

59. EdnerH., Fredriksson K., Sunesson A., e.a. II Mobile remote sensing system for atmospheric monitoring Appl. Opt. 1987. V. 26, #19. P. 4330-4338.

60. Alden M, Edner H., Svanberg S. 11 Remote measurements of atmospheric mercury using differential absorption lidar. Opt. Lett. 1982. V. 7, # 5. P. 221-223.

61. Fredriksson K.A., Hertz H.M. II Evaluation of the DIAL technique for studies on N02 using a mobile lider system. Ibid. 1984. V. 23, # 9. P. 1403-1411.

62. Menyuk N. Killinger D.K., De Feo W.E. II Remote sensing of NO using of differential absorption lidar. Appl. Opt. 1980. V. 19, P. 3282-3286.

63. Kolsch H.J., Rairoux P., Wolf J.P., Woste L. II Simultaneous NO and N02 DIAL measurement using BBO crystals. Ibid. 1989. V. 28, P. 2052-2056.

64. Королёв Ю.Д., Месяц Г.А. //Автоэмиссионные и взрывные процессы в газовом разряде. Новосибирск: «Наука», 1982.

65. Beta Barium Borate (|3 BaB204). Basic properties. Fujian Castech Crystal, Inc. 1998. P. 1-8.

66. ПДК в атмосферном воздухе загрязненных мест. Сводный пенечень ПДК утв. Москомприродой. М. 1994.

67. SlemrF., Seilver W., Eberling С., RoggendorfP. II The determination of total gaseous mercury in air at background level Analytica Chimica Acta. 1979. V. 110. P.35-47.

68. Fitzgerald W.F., Gill G.A. II Subnanogram determination of mercury by two-stage gold amalgamation and gas phase detection applied to atmospheric analysis Analytical Chem. 1979. V. 51, #11 P. 1714-1720.

69. Thompson R. T.Jr., Hoell J.M.Jr., Wade W.R. II Measurement of S02 absorption coefficient using a tunable dye laser. J. Appl. Phys. 1975. V. 46, # 7. P. 3040-3043.

70. Brassington D.J. II Sulfur dioxide absorption cross section measurements from 290 nm to 317 nm. Appl. Opt. 1981. V. 20, # 21. P. 3774-3779.

71. Woods P. Т., Jolliffe B.W., Marx B.R. II High resolution spectroscopy of S02 using a frequency - doubled pulsed dye laser, with application to the remote sensing of atmospheric pollutants. Opt. Comm. 1980. V. 33, # 3. P. 281-291.

72. Аллен К. У. //Астрофизические величины. М.: «Издательство иностранной литературы», 1960.

73. Hamamatsu photomultiplier tubes. Hamamatsu photonics R.R., Electron tube center. Japan, 1991.

74. PMT Hamamatsu R562. Final test sheet (# SA 5459). Japan, 1997.

75. OPTICAL INDUSTRIES, INC. Santa Ana, CA 92707. Purchasing information Spedification.

76. Химия окружающей среды. Под ред. Д. Бокриса. М.: Химия, 1982.

77. Атлас "Окружающая среда и здоровье населения России". Под ред. М. Фешба-ха. М.: ПИМС, 1995.

78. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде. Л.: Химия, 1975. С. 6-7.

79. Handbook of environmental control. V.l. Air Pollution. Ed. R.C. Bond, C.P. Straub. Cleveland, 1972.

80. Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. Кикоина И.К. М.: Атом-издат, 1976.

81. Briston Q., Jonasson I.R. II Vapour sensing for mineral exploration. Can. Min. J. 1972. V. 93, P. 39-45.

82. Kromer Q., Friedrich G., Wallner P. //Mercury and mercury components in surface air, soil gas, soils and Rocks. I. Geochem Explor. 1980. V. 15, P. 51-59.

83. Lindqvist ()., Rodche H. // Atmospheric mercury a review. Tellus. 1985. V. 37B, P. 136-147.

84. Nriagu J.O. Ed. // The Biogeochemistry of Mercury in the Environment. Amsterdam: Elsevier, 1979.

85. McCarthy J.H.Jr //Mercury vapor and other volatile components in the air as guides to ore deposits. J. Geochem. Explor. 1972. V. 1, P. 143-149.

86. Klusman R.N., Webster J.D. И Meteorological noise in crystal gas emission and relevance to geochemical exploration. J. Geochem. Explor. 1981. V. 15, P. 63-69.

87. Varekamp J. C, Buseck P.R. II Hg anomalies in soils: geochemical exploration method for geotermal areas.Geothermics. 1983. V. 12.,. P. 29-36.

88. Robertson D.E.,Crecelius E.A., Fruchter J.S., Ludwick J.D. //Mercury emission from geothermal power plant. Science. 1977. V. 196, P. 1094-1098.

89. Фурцое B.3., Вгцльфсон Н.Б., Хаваловский А.Г. /7 Зузультаты изучения паров ртути в зоне ташкентского землетрясения. ДАН СССР. 1968 Т. 179, С. 208-212.

90. Varekamp J.C., BuseckP.R. II Mercury emissions from mount St Helens during September 1980. Nature. 1981. V. 293, P. 555-556.

91. Mroz E.J., Zoller W.H. // Science. 1975. V. 190, P. 461-464.

92. Stoiler R.E., Jepsen A. // Sulfur dioxide contribution to the atmosphere by volcanoes. Science. 1973. V. 182, #4112. P. 577-578.

93. Fluorescence analysis of natural media by remote sensing method. Final report of 33d expedition of "Arnold Veimar" research vessel (Tallinn, 1989).

94. Babichenko S.,Dudelzak A., Poryvkina L. //Proc. 14th Intern. Laser Radar Conference. Innichen San Candido, Italy. 1988. P. 89-91.

95. Babichenko S., Poryvkina L., Lapimaa J., Minko S. // Application of tunable lidars of FLS series in marine investigation. Ibid. P.7.