Методы и средства лазерного анализа загрязняющих компонентов атмосферы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

Макогон Михаил Мордухович

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЛАЗЕРНОГО АНАЛИЗА ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ КОМПОНЕНТОВ АТМОСФЕРЫ

Специальность 01.04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

2 б МАЙ 2011

Томск-2011

4848164

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения РАН.

Научный консультант: доктор физико-математических наук,

профессор

Лопасов Владимир Павлович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Андреев Юрий Михайлович

доктор физико-математических наук, профессор

Дмитриев Александр Капитонович

доктор физико-математических наук, профессор

Самохвалов Игнатий Викторович

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН, г. Новосибирск

Защита состоится 24 июня 2011 г. в 14 ч на заседании диссертационного совета Д 003.029.01 при Институте оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН по адресу: 634021, г. Томск, пл. Академика Зуева, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН.

Автореферат разослан « мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук Веретенников В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Разработка новых методов измерений дает возможность получать ранее не известную информацию. Появление лазеров и их внедрение в атмо-сферно-оптические приложения дали импульс всем методам, направленным на изучение как поглощения, так и испускания излучения молекулярной средой и частицами аэрозоля. С другой стороны, корректное использование лазеров при работе через атмосферу потребовало более высокого качества спектроскопической информации о ней.

Исследования оптических свойств молекулярно-аэрозольной атмосферы имеют длительную историю и по мере углубления представлений о процессах, происходящих в атмосфере, продолжают интенсивно развиваться. К середине XX в. было установлено, что тепловой баланс планеты во многом определяется поглощением водяного пара и углекислого газа в ИК-диапазоне спектра, а защиту от УФ-излучения обеспечивает поглощение кислорода и озона. При этом знания спектров соответствующих газов, полученных с невысоким (~ 0,1-10 см-1) разрешением на спектрометрах с длиной оптического хода десятки и сотни метров, было достаточно для качественных оценок и количественных расчетов ослабления атмосферой широкополосного солнечного излучения. В случае измерения спектров по всей толще атмосферы достигалась чувствительность порядка 10"6 см-1.

Данные такого качества' оказались совершенно неприемлемыми для расчета ослабления узкополосного (лазерного) излучения. Уже первые измерения спектра поглощения атмосферного водяного пара, выполненные с использованием лазера Р.Л. Лонгом в 1966 г. [1], определили требования к качеству спектральной информации (разрешение до 0,001 см"1 и чувствительность до 10~8-10~9 см"1). Кроме того, эти измерения показали, с одной стороны, перспективность применения лазеров в атмосферной спектроскопии, а с другой стороны, - очень малую пригодность существовавших тогда лазеров из-за хаотичности спектрально-временного и энергетического состава их излучения. Исследования киевской (В.И. Кравченко, М.С. Со-скин, В.В. Тарабров - 1967 г., [2]) и томской (В.П. Лопасов, М.М. Макогон -1969 г., [3]) групп показали принципиальную возможность перестройки частоты излучения лазера на конденсированных средах в полосе усиления активной среды в течение одного импульса накачки. Это открыло возможность регистрации спектра поглощения исследуемой среды без традиционного использования спектральных приборов. Однако существовавшие в конце 60-х гг. лазеры не позволяли получить требуемые чувствительность и селективность диагностики газовых компонент атмосферы. Такое состояние определило необходимость выполнения специальных исследований

в области совершенствования лазеров, которые, как будет показано далее, привели к появлению качественно новых режимов генерации с экстремально узким спектром и непрерывным изменением частоты излучения в широких пределах.' Эти лазеры стали эффективными источниками излучения в методе скоростной лазерной спектрофотометрии. Не менее эффективным является их использование и в появившемся 15-20 лет назад новом методе измерений спектров поглощения - методе ring-down spectroscopy [4-7],

Совершенствование методов управления спектрально-энергетическими характеристиками излучения лазеров выявило наличие сильной зависимости спектра излучения от селективных потерь в резонаторе, что многократно использовалось для обеспечения узкого (одномодового) излучения моноимпульсных лазеров. Принципиальная возможность решения обратной задачи - определения малых частотно-зависимых потерь в резонаторе по спектру генерации лазера - была показана А.Ф. Сучковым в 1970 г. [8]. Новый высокочувствительный метод анализа получил название метода внутрирезонаторной лазерной спектроскопии (BPJIC). Метод быстро нашел применение (уже в 1972 г. использовался при измерении спектров поглощения атмосферных газов (А.П. Годлевский, В.П. Лопасов, М.М. Макогон [9])) и эксплуатируется около 40 лет (в качестве примера можно привести последние исследования спектров поглощения водяного пара [10-12]). Тем не менее его потенциальные возможности до сих пор не реализованы полностью.

Предельная пороговая чувствительность метода BPJIC к селективному поглощению ограничена наличием квантового шума и может достигать 10~и-1042 см"1; для этого длительность непрерывной генерации без смены мод должна составлять 1 ... Юс. Этот предел чувствительности никогда не был достигнут, поэтому чрезвычайно важно выявить физические причины, ограничивающие чувствительность, и найти практические способы, позволяющие к нему приблизиться. Кроме того, в «классическом» варианте метод «работает» только в спектральной полосе усиления активной среды, «с узкими» линиями поглощения и в лабораторных условиях. Представляют несомненный интерес «снятие» указанных ограничений и расширение функциональных возможностей этого перспективного метода.

В практике определения концентраций загрязняющих веществ используются, в основном, контактные методы измерений. Их недостаток состоит в том, что они дают возможность определять локальные значения характеристик загрязнения атмосферы только в непосредственной близости от приборов, что не позволяет оперативно контролировать пространственное распределение загрязняющих компонентов.

Лазеры существенно расширили возможности дистанционного контроля параметров атмосферы за счет внедрения в атмосферную оптику радарной методологии. Применение лидарных методов для мониторинга со-

стояния атмосферы целесообразно в связи с тем, что они обеспечивают дистанционность, высокое пространственное разрешение и оперативность выполнения измерений.

Первые успешные работы в этом направлении были связаны с зондированием аэрозольных образований, затем стали изучаться газовые (молекулярные и атомарные) компоненты атмосферы, причем объектами сначала являлись естественные составляющие атмосферы, а в дальнейшем и компоненты антропогенного происхождения (газовые выбросы предприятий, автотранспорта, взрывчатые, отравляющие и наркотические вещества и биологические компоненты). Важные для решения проблемы лидарного зондирования среды результаты получены многими исследователями в нашей стране и за рубежом. В частности, были разработаны образцы аппаратуры для оценки количества аэрозоля и определения концентраций ряда газовых компонентов, загрязняющих атмосферу, работающие в разных режимах и различных спектральных диапазонах [13, 14].

Вместе с тем использование традиционных подходов в ряде случаев не давало удовлетворительных результатов, а отсутствие количественной информации о свойствах веществ довольно часто не позволяло установить даже принципиальную возможность проведения соответствующих измерений. Поэтому возникла необходимость поиска новых и совершенствования известных технологий зондирования, связанных с поглощением, флуоресценцией, комбинационным рассеянием. Эффективность проявления этих физических явлений (что выражается, в конечном счете, в дальности действия, селективности и чувствительности соответствующих устройств) зависит от свойств определяемых веществ, особенностей формирования сигнала при атмосферных условиях и «правильности» методик и аппаратуры, «учитывающих» эти свойства и особенности. Любые методы измерений имеют ограничения по чувствительности, спектральному разрешению, динамическому диапазону и точности, причем реализация даже отработанных методик зачастую сталкивается с существенными трудностями, связанными с условиями применения и конструктивными особенностями аппаратуры. Немаловажную роль играет также влияние атмосферы на работу дистанционных спектральных приборов. Разнообразие веществ и условий измерений в каждом конкретном случае требует выбора и детальной проработки физического явления, механизма и средства, наиболее адекватно отвечающих формулируемым требованиям.

Указанные выше обстоятельства дают основания считать, что тематика исследований, представленная в диссертации, а именно разработка новых и модификация известных измерительных схем, методов и средств, учитывающих, в том числе, оптическое состояние анализируемой атмосферной среды, является актуальной для современной оптики в части, которая связана с развитием лазерных методов в исследованиях окружающей среды.

Целью диссертационной работы является научное обоснование новых экспериментальных методов, обеспечивающих предельные разрешение и чувствительность спектроскопических измерений, и создание на их основе средств, адекватных свойствам контролируемых газово-аэрозольных объектов.

Для достижения цели работы были поставлены следующие ключевые задачи:

1) выявление основных физических процессов, определяющих спектральные параметры излучения перестраиваемых по частоте твердотельных лазеров в процессе генерации, и создание условий, при которых реализуется минимальный (в пределе нулевой) управляемый шаг перестройки частоты, необходимый для эффективной работы лазерных спектрофотометров;

2) обоснование и реализация условий, при которых чувствительность метода ВРЛС приближается к своему предельному значению, определяемому длительностью генерации; расширение и изучение потенциальных возможностей применения этого метода в новых интервалах спектра и в атмосферных условиях;

3) усовершенствование методологии лидарных измерений на основе явлений флуоресценции и комбинационного рассеяния света, учитывающей определенные особенности контролируемой среды и распространения излучения в атмосфере;

4) проектирование и разработка образцов флуоресцентных и СКР-лидаров для контроля газово-аэрозольных компонентов атмосферы;

5) апробация разработанных методов и созданных средств в ходе спектроскопических измерений ряда атмосферных и загрязняющих атмосферу газов.

Защищаемые положения

1. Показано, что динамическое изменение длины резонатора Импульсных твердотельных лазеров приводит к непрерывной перестройке частоты излучения в диапазоне до 100 см'1 (сотни и тысячи межмодовых интервалов); зарегистрирована минимальная ширина спектра ~ 6,7- 1(Г5 см"1 (2 МГц).

2. Предложены и разработаны модификации импульсных ВРЛ-спектро-метров с динамическим резонатором и отрицательной обратной связью, обеспечивающие предельную чувствительность к селективному поглощению, определяемую полной длительностью лазерной генерации.

3. Показано, что широкополосной метод ВРЛ-спектроскопии с использованием частично селективных резонаторов позволяет измерять неселективное поглощение с чувствительностью, не уступающей таковой при измерении селективного поглощения.

4. Обосновано, что узкополосный метод ВРЛ-спектроскопии с внутри-резонаторным преобразованием частоты излучения во вторую гармонику позволяет измерять поглощение не только в полосе генерации лазера, но и в области частот гармоники.

5. Разработана методология зондирования, позволяющая определять в локализованном в пространстве выбросе газово-аэрозольных компонентов концентрацию поглощающего газа и остальных загрязняющих газов путем измерения в зоне выброса сигнала СКР контролируемых газов, а до и после выброса - сигналов СКР азота и кислорода атмосферы.

6. Показано, что при измерении сечения комбинационного рассеяния в направлениях вперед и назад необходимо учитывать вклад вынужденного комбинационного рассеяния, которое может превышать спонтанное в десятки раз, а при определении концентраций загрязняющих атмосферу газов методом СКР-зондирования - давать поправку в несколько процентов.

7. Разработанный, испытанный и переданный для опытной эксплуатации двухчастотный мобильный аэрозольно-флуоресцентный лидар обеспечивает дальность обнаружения аэрозоля не менее 10 км (аэрозольный канал) и аэрозоля биогенного происхождения не менее 2 км (флуоресцентный канал) при концентрации аэрозоля в зондируемом объеме 10 частиц в 1 см3.

Научная новизна

Все результаты и выводы, которые легли в основу положений, выносимых на защиту, обладают научной новизной, что нашло отражение в оригинальных публикациях автора [А1-А44]. Выделим следующие результаты.

• Теоретически обоснован и экспериментально исследован качественно новый механизм высокочастотной модуляции интенсивности излучения импульсных твердотельных лазеров. В лазере на рубине частота следования импульсов регулировалась в интервале 0,5-2,2 МГц, оценены предельные частоты следования импульсов, достигающие 10-15 МГц.

• Впервые в мировой практике осуществлено управление кинетическим режимом генерации твердотельных лазеров с помощью динамических резонаторов - резонаторов, длина которых в процессе генерации изменяется на сотни и тысячи длин волн. Установлено, что основной физической причиной, обеспечивающей регуляризацию генерации, является расширение спектра мод резонатора, приводящее к усилению их взаимодействия. Обосновано экспериментально наблюдаемое различие в значениях пороговых скоростей изменения кинетического режима для разных лазерных сред.

• Предложен и защищен авторским свидетельством новый режим генерации твердо тельных лазеров, качественное отличие которого от известных

состоит в широкополосном непрерывном изменении частоты излучения в течение импульса. В лазере на неодимовом стекле получена непрерывная перестройка частоты в диапазоне до 1,8 см"1 (около 1000 межмодовых интервалов) и ширине спектра излучения не более 7-10~5 см"1.

« На основе решения лазерных балансных уравнений показано, что внутрирезонаторное преобразование частоты излучения узкополосного ВРЛ-спектрометра во вторую гармонику позволяет регистрировать поглощение внесенного в резонатор вещества как в спектральной области работы лазера, так и в области гармоники.

• Разработаны и защищены авторскими свидетельствами модификации широкополосного метода ВРЛ-спектроскопии, использование в которых частично селективных резонаторов позволяет измерять:

неселективное поглощение с чувствительностью, не уступающей таковой при измерении селективного поглощения;

абсолютную величину коэффициентов селективного и неселективного поглощения.

• Обосновано и экспериментально зарегистрировано увеличение чувствительности метода ВРЛС при использовании динамических резонаторов и резонаторов с отрицательной обратной связью. В последнем случае чувствительность к селективному поглощению может достигнуть своей предельной величины, определяемой полной длительностью лазерной генерации.

• Известно, что положение провала в сигнале узкополосного внутрире-зонаторного лазерного спектрометра может не совпадать с центром регистрируемой линии поглощения. Расчетным путем показано, что в зависимости от скорости перестройки частоты лазера нелинейность исследуемой поглощающей среды приводит как к положительному, так и отрицательному сдвигу, причем его величина может составлять несколько ширин линий поглощения.

• Путем моделирования работы автодинного дистанционного внутри-резонаторного спектрометра с С02-лазером и топографическим объектом в качестве отражателя показано, что пороговая чувствительность спектрометра к загрязняющим атмосферу газам составляет 0,05-6 ррЬ (горизонтальная трасса) и 2-30 ррт (зондирование с борта самолета).

• Впервые теоретически и экспериментально изучен процесс формирования комбинационного рассеяния от спонтанного излучения до экспериментального порога вынужденного комбинационного рассеяния" (ВКР). Полученные соотношения адекватно описывают экспериментальные зависимости и могут быть использованы для оценки вклада ВКР в регистрируемый сигнал.

• Разработана новая методология дистанционного контроля локализованных выбросов газово-аэрозольных загрязняющих компонентов в атмо-

сферу на основе объединения методов спонтанного комбинационного рассеяния и дифференциального поглощения.

Достоверность положений и результатов диссертации, выносимых на защиту, обеспечена тщательным планированием и постановкой экспериментов, большим объемом полученного экспериментального материала и логической последовательностью рассуждений при его анализе. Основные выводы работы хорошо согласуются с современными представлениями лазерной физики, спектроскопии и зондирования. Результаты измерений подкреплены соответствующими теоретическими расчетами или оценками; часть результатов подтверждена более поздними публикациями других авторов.

Научную и практическую значимость имеют:

• методы регуляризации кинетики генерации твердотельных лазеров на основе использования динамических резонаторов и отрицательной обратной связи, позволяющие изменять частоту излучения в течение импульса генерации по произвольному закону с шагом 1-2 межмодовых интервала;

• импульсный лазер на неодимовом стекле, генерирующий в квазинепрерывном режиме с шириной спектра непрерывно перестраиваемого излучения не более 7-Ю-5 см-1; результат не превзойден до настоящего времени;

• методики повышения чувствительности внутрирезонаторных лазерных спектрометров путем использования динамических резонаторов и отрицательной обратной связи;

• ВРЛ-спектрофотометры с частично селективными резонаторами, обеспечивающие измерение абсолютных значений коэффициентов селективного и неселективного поглощения в диапазоне величин до 1СГ9 см"1;

• параметрический автодинный С02-лидар, пороговая чувствительность которого при обнаружении широкого круга газов по горизонтальным трассам составляет 1(Г8-1(Г9, по вертикальным - 10"б-1СГ7;

• методология проектирования и расчета основных параметров СКР-лидаров для анализа многокомпонентной среды, включающая выбор длины волны возбуждения КР и оптимизацию характеристик приемного телескопа и спектрального прибора;

• соотношения, корректно описывающие вклад ВКР в полный сигнал КР и позволяющие уточнять измеряемые сечения КР и определяемые методом СКР-зондирования концентрации газов;

• измеренные сечения СКР ацетона, этилацетата и изопрена в газовой фазе;

• многоступенчатый дифракционный полихроматор;

• СКР-лидар, обеспечивающий контроль выбросов предприятий металлургического профиля в дневное время на дальности до 1 км и в ночное время - до 3 км;

• мобильный аэрозольно-флуоресцентный лидар для обнаружения в атмосфере и идентификации аэрозоля биогенного происхождения.

Разработанные в диссертации методы и устройства использовались в ИОА при проведении спектроскопических исследований атмосферных газов.

Все полученные в диссертационной работе результаты и развитые методы могут служить основой для создания новых оптических приборов и устройств. В частности, аванпроект СКР-лидара для зондирования индустриальных загрязнений, мобильный аэрозольно-флуоресцентный лидар и расширитель лазерного пучка вошли в список достижений ИОА как законченные разработки в 2005, 2008 и 2009 гг.

Личный вклад автора

Все изложенные в диссертации оригинальные результаты, определяющие научную новизну работы и защищаемые положения, получены лично автором или под его непосредственным руководством. Вклад автора на разных этапах выражался в постановке решаемых задач и разработке методов их решения, отработке методик измерений, анализе, интерпретации и обобщении полученных результатов, подготовке и оформлении публикаций. При непосредственном и активном участии автора проведены все экспериментальные исследования, обобщенные в диссертации. Расчеты на ЭВМ в работах [А21, А28] выполнены С.Ф. Лукьяненко, теоретические расчеты в работе [А29] - А.И. Жилибой, в работах [А30, А38] - В.П. Коча-новым.

Большой объем экспериментальных и конструкторских работ не мог быть выполнен без поддержки специалистов широкого профиля, которые участвовали в проведении экспериментов, обработке данных измерений, обсуждении результатов, разработке элементов создаваемой аппаратуры.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на 7-м Сибирском совещании по спектроскопии (молекулярная спектроскопия) (Кемерово, 1969); 8-м Научном совещании по оптике атмосферы и актинометрии (Томск, 1971); девяти всесоюзных симпозиумах по молекулярной спектроскопии высокого разрешения (Новосибирск, 1972, 1974, 1978; Томск, 1982, 1985; Красноярск, 1987; Якутск, 1989; Петергоф, 1996, 2003); Всесоюзном симпозиуме «Физические основы управления частотой вынужденного излучения» (Киев, 1972); двух всесоюзных симпозиумах по распространению

лазерного излучения в атмосфере (Томск, 1973, 1981); Сибирском совещании по лазерной спектроскопии (Красноярск, 1973); III Всесоюзной конференции «Физические основы передачи информации лазерным излучением (информационные лазерные системы)» (Киев, 1973); III Всесоюзном симпозиуме по лазерному зондированию атмосферы (Томск, 1974); Всесоюзной конференции «Лазеры на основе сложных органических соединений» (Минск, 1975); Всесоюзном совещании по атмосферной оптике (Томск, 1976); Всесоюзной конференции «Проблемы управления параметрами лазерного излучения» (Ташкент, 1978); Всесоюзной конференции «Приборы и методы спектроскопии» (Новосибирск, 1979); Всесоюзной конференции по анализу неорганических газов (Ленинград, 1983); двух конференциях «Оптика лазеров» (Ленинград, 1984 и С.-Петербург, 2010); XXIII съезде по спектроскопии (Москва, 2005); двух международных конференциях по лазерной технике и приложениям (Вашингтон, 1973 и Лос-Анжелес, 1982); V Международном семинаре по инфракрасной спектроскопии высокого разрешения (Прага, 1978); Симпозиуме стран-членов СЭВ «Методы и приборы для определения загрязнения атмосферы» (Москва, 1981); III Международной конференции «Тенденции квантовой электроники» (Бухарест, 1988); двух международных конференциях по лазерному зондированию (Томск, 1990 и С.-Петербург, 2010); двух международных конференциях «ENVIROMIS» (Томск, 2000; 2002); XI конференции по когерентным лида-рам (Малверн, Англия, 2001); пяти международных симпозиумах «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (Иркутск, 2001; Томск, 2003, 2005, 2009; Красноярск, 2008); III Международном симпозиуме «Контроль и реабилитация окружающей среды» (Томск, 2002); Международной конференции CITES 2003 (Томск, 2003); трех международных конференциях «Атомные и молекулярные импульсные лазеры» (Томск, 2003, 2005, 2009); XV Международном симпозиуме «Gas Flow and Chemical Lasers & High Power Laser» (Прага, 2004); Международной конференции ICOT (Пекин, 2004).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в монографии издательства «Наука» (в соавторстве), 49 статьях (из них в 38 по списку ВАК), 64 материалах и тезисах докладов, 8 изобретениях; 5 статей опубликованы без соавторов. Перечень наиболее значимых публикаций по теме диссертации приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Ее содержание изложено на 236 страницах, включая 80 рисунков, 21 таблицу и 264 ссылки на литературные источники.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, сформулированы цель и задачи диссертации. Приведены основные положения, выносимые на защиту, перечислены полученные новые результаты, отмечена научная и практическая значимость работы, даны сведения о ее апробации и личном вкладе автора; описана структура диссертации.

В первой главе рассмотрены основные особенности работы перестраиваемых лазеров в широком диапазоне изменения скоростей перестройки (раздел 1.1), возможность управления спектрально-кинетическим режимом генерации перестраиваемых лазеров с помощью активной отрицательной обратной связи (раздел 1.2) и предложенного нами динамического изменения длины линейного резонатора лазеров на рубине и стекле с неодимом (раздел 1.3). В этих режимах получена динамическая перестройка длины волны излучения с помощью дисперсионных резонаторов с шагом порядка 1 пм. В разделе 1.4 показано, каким образом в лазерах с широкими линиями усиления (в частности, твердотельных) можно получить генерацию с непрерывным изменением частоты излучения в диапазоне, на 3 и более порядков превышающем межмодовый интервал. В разделе 1.5 описаны запущенный в 1970 г. первый в мировой практике скоростной лазерный спектрометр для исследования поглощения газов и последующие усовершенствования метода скоростной лазерной спектрофотометрии.

В режиме дисперсионной перестройки частоты излучения генерация на каждой моде происходит в нестационарных условиях: ее добротность сначала нарастает до некоторого максимального значения в момент, когда частота настройки селектора совпадает с частотами мод, а затем спадает. Скорость модуляции добротности зависит от стационарных потерь в резонаторе, скорости перестройки селектора, его ширины и ее можно характеризовать комплексным параметром - временем /0, в течение которого добротность моды изменяется вдвое.

Поскольку твердотельные лазеры характеризуются в обычных условиях колебательным переходным процессом, режим работы свип-лазера зависит от соотношения между и временами линейного т, и нелинейного т2 развития пичков генерации. Эксперименты с рубиновым лазером с коротким (длиной около 1 м) и длинным (длиной 81 м) резонаторами показали [3, А1, А9], что перестройка дисперсионного резонатора качественно изменяет кинетический режим генерации при скоростях перестройки 0,3-0,5 и около 0,01 см~'/мкс (!0 при этом примерно равно половине периода следования пичков свободной генерации - 2-3 и 25-50 мкс соответственно). Управление спектрально-кинетическим режимом генерации осуществлялось с помощью электрооптических интерференционно-поляризационных фильтров (ЭО ИПФ), детально рассмотренных в [А13].

Уменьшение характерного времени i0 до 0,1-0,3 мкс, сравнимого с длительностью пичков и временем Т2 развития моноимпульсов, приводит к режиму генерации [А19], качественно отличному от известных ранее:

- режим синхронизации (совпадения периода следования пичков с частотой свипирования) обладает порогом по величине управляющего напряжения 4',ор > который возрастает с увеличением частоты модуляции;

- выше порога синхронизации частота излучения в каждом пичке перестраивается со скоростью, соответствующей скорости свипирования. В генерацию выходят последовательно все моды в некотором интервале вблизи центра линии люминесценции. Вследствие быстрой и глубокой модуляции добротности мощность генерации в каждой моде невелика и конкуренция между ними проявиться не успевает, что приводит к бесструктурности спектра излучения;

-в случае симметричной настройки частоты двух максимумов пропускания ИПФ при нулевом управляющем напряжении относительно линии люминесценции происходит удвоение частоты следования пичков. Изменяя частоту настройки ИПФ, можно регулировать разность между оптическими частотами двух последовательностей пичков, из которых состоит генерация (максимальное разделение частот составило 1,3 см"1), в результате чего лазер генерирует попеременно на двух длинах волн с минимальным периодом следования пичков 450 не, ограниченным в нашем случае возможностями установки.

Существование и пороговый характер режима синхронизации при высокочастотном свипировании объяснен изменением добротности мод. Показано, что время нахождения лазера ниже порога т, величины и частоты /' управляющих напряжений связаны между собой соотношением 4, sin(n / 2 - л/'т) = const, которое выполняется для лазера с коротким (частота модуляции от 0,7 до 1,1 МГц) и длинным резонаторами.

Проведенные исследования показали, что регуляризация режима и спектральных характеристик происходит при относительно больших скоростях перестройки, поэтому шаг перестройки получается большой. Для уменьшения величины этого шага надо разделить функции управления спектром и кинетическим режимом генерации. Исследованы 2 варианта регуляризации генерации - использование отрицательной обратной связи (ООС) и предложенных нами динамических резонаторов.

В отличие от свободной генерации в режиме ООС при оптимальной ее глубине узкий спектр излучения (1-2 моды, <0,01 см-1) наблюдается с самого начала генерации [А6], а ее высокая стабильность позволила [А7] эффективно управлять частотой лазерного излучения с помощью сканируемого интерферометра.

Под динамическим понимается резонатор, длина которого за время импульса генерации изменяется на много (сотни и тысячи) длин волн, в результате чего частота и пространственная структура поля в каждой точке резонатора изменяются во времени. Изменение длины резонатора осуществлялось вращением в резонаторе прозрачной плоскопараллельной пластинки вокруг оси, перпендикулярной геометрической оси резонатора [А8], что обеспечило постоянство его юстировки. Экспериментально исследовались лазеры на рубине [А5, А8] и стекле с неодимом, режим генерации обоих существенно зависел от скорости изменения длины резонатора.

В обоих типах лазеров после превышения скорости изменения длины

резонатора йц некоторой пороговой величины кинетика, спектр, поле

в ближней и дальней зонах стабилизируются. Сами же пороговые значения скоростей сильно отличаются (0,1 м/с для стекла с неодимом и 1 м/с для рубина) вследствие разной оптической однородности активных сред. Характер генерации лазера с динамическим резонатором качественно объясняется сглаживанием неоднородности инверсии населенностей активной среды и сильной связью мод.

Главным достоинством динамических резонаторов является возможность импульсной генерации с широкодиапазонным изменением частоты. Эта возможность в лазерах с большим временем продольной релаксации обусловлена [А14] существованием времени задержки генерации, т.е. времени между моментом, когда усиление превысит потери, и моментом начала генерации моды.

С использованием материалов [15] получены выражения для максимальной величины динамической перестройки Дди„ и времени г* до смены генерирующей моды, результаты расчета по которым приведены на рис. 1.

101 103 Ю5

¿рсз, см-С-1 (при Лрез= 1 м)

Рис. 1. Зависимость Ддин (сплошная линия) и /* (штриховая линия) от скорости изменения частоты мод ю0 при ширине линии люминесценции 55=12, 30, 100, 300

и 1000 см"'

Эксперименты с лазерами на рубине и неодимовом стекле подтвердили справедливость проведенных оценок. Впечатляющие результаты были получены в лазере на стекле с неодимом с кольцевым резонатором и амплитудным вентилем (АВ) [16]. В отличие от известного подхода [17], нами [А 15] режим бегущей волны достигался воздействием не на амплитуду волны в кольцевой части резонатора, а на фазу возвращенной в нее волны. Для этого длина АВ непрерывно изменялась в процессе генерации.

Исследовался лазер бегущей волны с треугольным кольцевым резонатором, образованным двумя плоскими зеркалами и дисперсионной призмой, которая устраняла фактор спектральной неоднородности [18]. Непрерывное изменение оптической длины АВ осуществлялось путем вращения в нем плоскопараллельной стеклянной пластины.

Как и ожидалось, режим генерации лазера существенным образом зависел от скорости изменения длины АВ. При v^ = 18-20 мм/с наблюдается устойчивый беспичковый режим генерации с шириной спектра <0,0009 см"1 (разрешение измерительного интерферометра). Наименьшие флуктуации интенсивности излучения лазера получены при отношении мощностей прямой и обратной волн, приблизительно равном 10.

Квазистационарный характер работы импульсного лазера позволил получить генерацию с непрерывной перестройкой частоты на много меж-модовых интервалов [Al8]. Изменение длины кольцевой части резонатора, так же как и АВ, осуществляется с помощью вращающейся плоскопараллельной пластины. Выбором отношения толщин пластин в кольцевой части резонатора и в вентиле был создан необходимый для квазистационарной генерации оптимальный частотный сдвиг между встречными волнами в 40-90 кГц.

Непрерывная перестройка частоты, квазистационарный и высокостабильный режим генерации позволили для измерения ширины спектра излучения использовать интерферометр Фабри-Перо с базой 1290 мм (область дисперсии 116 МГц) и фотоэлектрическую регистрацию [Al 8]. Последовательный учет всех уширяющих аппаратурных факторов показал, что ширина спектра при скорости изменения длины резонатора =

= 50 мм/с составила 2 МГц (ширина спектра излучения, определяемая соотношением неопределенности, равна 1,24 МГц).

Макет лазерного спектрометра [А2-А4] включал газовую кювету с системой Уайта. Рубиновый лазер работал в режиме электрооптического сканирования длины волны в течение импульса генерации и в режиме тепловой перестройки частоты при слабой пассивной модуляции. В эксперименте было выявлено негативное влияние особенностей лазерного излучения, связанных с его высокой когерентностью, для устранения которого методика измерений коэффициента поглощения в последующем была доработана [А10].

Дифракционные потери в системе Уайта минимальны, если радиус кривизны волнового фронта равен радиусу кривизны зеркал кюветы [19]. Нами показано [А10], что отсутствие предварительного формирователя волнового фронта приводит к неоднозначной интерпретации результатов измерения длины волны входного и выходного излучения, так как диаметры их интерференционных колец оказываются различными.

На распределение интенсивности излучения в спектре и точность измерения длины волны существенно влияют спеклы. Однородное распределение интенсивности по интерференционному кольцу получено [А 10] в результате диффузного рассеяния лазерного излучения на вращающемся со скоростью до 20000 об/мин полидисперсном рассеивателе. В последующем эта технология использовалась во многих спектрометрах, функционирующих в ИОА СО РАН.

Для контроля длины волны перестраиваемого излучения в реальном масштабе времени был разработан и с использованием интерферометра Фабри-Перо апробирован метод [All], обладающий высоким временным разрешением. Техническая реализация метода, в которой в качестве приемников излучения используются оптико-акустические детекторы, защищена авторским свидетельством [А20].

Во второй главе рассмотрены возможности управления чувствительностью широкополосных импульсных ВРЛС с помощью отрицательной обратной связи (раздел 2.1), путем перестройки частоты генерации лазера от импульса к импульсу (раздел 2.2) и сглаживания изрезанности ВРЛ-спектра в лазерах с динамическими резонаторами (раздел 2.3). Анализ узкополосного варианта ВРЛС проведен в разделе 2.4 (изучены возникающие при регистрации спектра искажения) и в разделе 2.5, где показана возможность работы спектрометров на частоте второй гармоники излучения лазера.

Практические приложения метода ВРЛС рассмотрены на примере анализатора N02 (раздел 2.6) и спектрометров, разработанных для измерения неселективного поглощения (раздел 2.7) и абсолютных значений коэффициентов поглощения (раздел 2.8). Показано также, что метод ВРЛС может быть успешно применен для дистанционных измерений загрязнений атмосферы (раздел 2.9).

Работа широкополосного варианта ВРЛС с отрицательной обратной связью теоретически проанализирована и экспериментально изучена применительно к рубиновому лазеру [А28]. Повышение чувствительности происходит за счет перехода генерации в квазинепрерывную, мощность в которой значительно выше спонтанных шумов, что обеспечивает углубление провала в течение всего импульса генерации. Как следует из расчетов, использование рассмотренного способа позволяет повысить чувствительность ВРЛС с лазером на рубине, неодиме и др., обладающих пичковой

генерацией, в 10... 100 раз. Эксперименты продемонстрировали углубление и расширение провалов в спектре на «линиях поглощения», а количественная обработка спектров показала приблизительно десятикратное увеличение чувствительности. BPJI-спектрометр с отрицательной обратной связью защищен авторским свидетельством [А25].

Теоретический анализ узкополосного варианта ВРЛС с ООС показал [А28], что основной вклад в повышение чувствительности вносит стабилизация превышения накачки над порогом. Использование известной техники ООС (например, [А6]) может обеспечить увеличение чувствительности узкополосного метода ВРЛС не менее чем в 100 ... 1000 раз. Влияние квантовых шумов на чувствительность при этом еще не сказывается.

Поскольку коэффициент усиления активной среды зависит от частоты, то для образования провала необходимо как минимум «скомпенсировать» частотное непостоянство этого коэффициента. Другими словами, значение коэффициента селективных потерь К должно быть больше величины Кгр, равной изменению порогового коэффициента усиления в полосе исследуемой линии. На первый взгляд, при К < Krv исследовать селективное поглощение невозможно, так как провал в ВРЛ-спектре не образуется. Численные расчеты показали, что, тем не менее, ВРЛ-спектр приобретает характерные изменения и их можно [20] использовать для увеличения чувствительности путем перестройки частоты и регистрации суммарного спектра.

Реальная пороговая чувствительность ВРЛС наряду с эффективной длиной поглощающего слоя определяется минимально регистрируемой глубиной провала в ВРЛ-спектре, которая зависит от шумов спектра генерации. Основным источником изрезки служит неконтролируемая «паразитная» селекция, возникающая за счет интерференции излучения, отраженного от оптических элементов резонатора, рассеянного на микронеоднород-ностях активной среды, зеркал и пр.

Экспериментально показано [А12], что «паразитную» селекцию можно заметно уменьшить, применяя в спектрометре лазер с динамическим резонатором. Получено выражение для скорости изменения длины резонатора, при которой регистрация спектра ведется оптимальным образом.

Узкополосная методика ВРЛС с использованием непрерывно перестраиваемых по частоте лазеров обладает принципиально и существенно более высоким спектральным разрешением. Регистрация спектра сводится к записи временной зависимости интенсивности излучения при «проходе» частоты генерации «через» линию поглощения. При высокой скорости или большой интенсивности линии мощность генерации испытывает колебания и регистрируемая форма линии искажается. Расчетным путем показано [А30], что нелинейность поглощающей среды вносит дополнительные искажения, проявляющиеся даже при относительно низких скоростях перестройки частоты.

Возможность регистрации спектров поглощения на частоте второй гармоники в узкополосном варианте ВРЛС с внутрирезонаторным преобразователем частоты аналитически установлена в [А29].

Чувствительность спектрометра к потерям на частоте второй гармоники качественно зависит от константы связи g между полями на двух частотах в нелинейном кристалле и дополнительного внешнего поля Ег на частоте гармоники. При и Ег = 0 чувствительность по отношению к фотометрическому методу растет вследствие многопроходности излучения по резонатору. При g Ф 0 и Ег^ 0 имеет место дополнительное резонансное увеличение чувствительности, зависящее от величин g и Е2. Хорошо стабилизированное внешнее поле Е2 увеличивает чувствительность метода ВРЛС также и на основной частоте.

В области генерации лазера на рубине расположены интенсивная изолированная линия поглощения водяного пара и микроокно прозрачности атмосферы, в которое попадает несколько линий поглощения двуокиси азота. Это позволяет легко выделить спектр поглощения N02 на фоне поглощения атмосферы, а линию поглощения НгО 694,38 нм использовать для калибровки газоанализатора. В [А21] рассмотрена возможность анализа содержания N02 с помощью рубинового лазера.

Оценка чувствительности газоанализатора проведена на основе кинетических уравнений [А22], записанных в приближении «бегущих волн». Для типичных значений параметров лазера и атмосферных условий измерений показано, что пороговая чувствительность составляет менее 10~7 моль/л, динамический диапазон - около 60 и относительная погрешность при разных способах калибровки - от 15 до 26%. Сравнение экспериментальных данных с результатами расчетов демонстрирует их корреляцию в пределах 30-50%.

Наиболее эффективно метод внутрирезонаторной лазерной спектроскопии «работает» в широкополосном варианте, что удобно для анализа селективного поглощения (например, газовых сред). При исследованиях слабоселективного или неселективного поглощения (жидкость, твердое тело или газовая среда в области далеких крыльев линий) чувствительность измерений падает на несколько порядков.

Нами [А23] защищен авторским свидетельством способ, обеспечивающий измерение неселективного поглощения с чувствительностью не хуже чем чувствительность традиционного широкополосного варианта. Сущность примененной технологии частично селективного резонатора [А17] состоит в делении резонатора на две зоны, одна из которых имеет высокую добротность в широкой полосе частот, а в другой, с помещенной в нее исследуемой средой, спектр излучения имеет вид узких далеко разнесенных полос. Такой спектрометр имитирует традиционный широкополосный ВРЛС. Введение третьего канала [А27] с калиброванными потерями

позволяет измерять абсолютные значения коэффициентов поглощения как газовых, так и конденсированных сред.

Лазерная генерация реагирует не только на слабые внутрирезонатор-ные потери, но и на возвращаемое в резонатор излучение, отраженное или рассеянное внешним (по отношению к лазеру) объектом. При этом меняются как кинетика, так и спектр генерации. В [21] высокая чувствительность лазера к отраженному излучению использована в целях дистанционного газоанализа. Дальнейшим развитием этой технологии стало применение лазеров с динамическими резонаторами (и, соответственно, с перестраиваемой в процессе генерации частотой) [22], такие устройства получили название параметрических автодинных лидаров. Автоколебания в лазере возникают вследствие взаимодействия генерируемой и возвращенной в резонатор волн, причем частота возникающей модуляции отражает расстояние до отражателя, а амплитуда - потери на трассе. В такой постановке лидар является внутрирезонаторным лазерным спектрометром [А22].

В ходе работы над диссертацией были запущены новая версия двухка-нального С02-лазера и макет автодинного лидара на его основе [А39]. Были выполнены оценки возможности использования этого лидара для контроля методом дифференциального поглощения содержания в атмосфере загрязняющих газов с учетом неравномерности их вертикального распределения. Рассмотрены горизонтальная и вертикальные трассы применительно к разным платформам - самолетной (высоты полета 1 и 5 км, скорость 150 м/с) и спутниковой (высота 300 км, скорость 8 км/с). Анализ проведен для широкого круга углеводородов и ряда других газов.

В третьей главе рассмотрены особенности использования спектроскопии комбинационного рассеяния газов как средства дистанционного анализа газово-аэрозольных выбросов в условиях высоких концентраций последних. В разделе 3.1 предложены и проанализированы новые схемы зондирования, в разделе 3.2 на примере метана теоретически и экспериментально изучен вклад вынужденного комбинационного рассеяния в регистрируемый лидаром сигнал, в разделе 3.3 приведены результаты измерения сечений КР ряда вторичных метаболитов. В разделе 3.4 описан специально разработанный для СКР-лидаров дифракционный полихроматор.

На примере контроля выбросов предприятий концерна «Норильский никель», характеризуемых высоким содержанием окислов серы (до 50%) и азота, их сильной изменчивостью и высокой температурой выброса, продемонстрирована технология [А36] выбора основных параметров лидара, который должен работать в любое время суток. Анализ спектральных свойств атмосферных и анализируемых газов позволил выбрать оптимальную длину волны зондирующего излучения лазера на алюмоиттриевом фанате с неодимом - 532 нм. Мешающим фактором при работе многокомпонентного СКР-лидара являются заметное поглощение молекулой N02

излучения ^-ветвей СКР анализируемых газов и флуоресценция N02. Тем не менее уровни сигналов СКР индустриальных газов в промышленных выбросах в целом достаточны для выполнения измерений в дневное время на дистанции до 1 км и в ночное время - до 3 км.

Воспользоваться традиционной методикой СКР-зондирования - сравнением сигналов от анализируемой компоненты и азота - не удается вследствие селективного ослабления излучения молекулами N02 и неизвестной концентрацией азота в выбросе. Для определения общего количества N02 на трассе зондирования выброса с целью последующего учета влияния поглощения этого (или другого поглощающего) газа была разработана технология «вспомогательной» трассы. Сущность ее в следующем.

Пусть зондирующее излучение проходит через выброс насквозь и возбуждает СКР N2 и О2 на участке чистой атмосферы за выбросом (/ - его поперечный размер). Для этого участка вспомогательное уравнение зондирования будет иметь вид

Ро2{г) _С02 с!О02/С1П ' ' х

Г/-Т /_ПОГЛ _ПОГЛ \ 1 -]Спогл(°Ы2 — 02 ¥Х

\ о

где Р - величины сигналов; С - концентрации азота, кислорода и поглощающего газа; сЬШ1 - дифференциальные сечения КР; о^гл и - сечения поглощения на длинах волн КР азота и кислорода. Параметры, относящиеся к азоту и кислороду, известны:

</ст0АЮ МО'30 см2 О,

_-= ш ™ = 1,60; -^ = 0,262,

¿сгМ1Ш 6,24-Ю-31 см2 Ск,2

поэтому

/ I

йх

1пРП —°'87_ {СпоглКГ -^гл)с& = -0,87-(а™га -ап0°;л) |спогл

' О О

I

и общее количество Мптл = |спог;,£/л' поглощающей примеси, приходящей-

0

ся на единицу площади поперечного сечения зондирующего излучения, можно вычислить из выражения

_ 1п(РО2(г)/^2(ф0,87

N =

погл /_погл погл \

-сто2 )

Таким образом, определение количества поглощающей примеси сводится к арифметическим операциям с измеренными числами фотоотсчетов в каналах регистрации N2 и 02 СКР-лидара, исправленными на спектральную кривую чувствительности приемного тракта, и заранее измеренными величинами сечения стпогл на соответствующих длинах волн. После нахождения Nn0Tn вычисляются концентрации остальных контролируемых газов.

Заметим, что технологию вспомогательной трассы можно использовать для определения количества любого известного поглощающего газа в ограниченном по объему выбросе, так что эта технология является альтернативной по отношению к методу дифференциального поглощения. Ее достоинство - использование неперестраиваемого лазера.

Спонтанное комбинационное рассеяние также дает возможность оценить температуру выброса. В качестве индикатора была выбрана двуокись углерода, так как вариации концентрации С02 относительно невелики. Проведенные нами измерения в диапазоне температур до 900 К показали, что композиция из g-ветви перехода vi 1000 <- 0000 с основного состояния (сдвиг 1388 см-1) и практически совпадающими с ней g-ветвями горячих полос 111 <-0110 и 1220 <-0220 (сдвиг 1409 см"1) позволяет определять температуру в интервале 300-900 К (интервал 300-700 К исследован в [23]).

Начальная фаза развития вынужденного комбинационного рассеяния назад теоретически и экспериментально исследована в [А38]. Измерения проводились на лабораторном стенде СКР-лидара со сжатым метаном (давление 1,3-7,3 атм) в условиях отсутствия выраженного ВКР. Результаты эксперимента представлены на рис. 2.

10р, атм-МВт/см2

Рис. 2. Экспериментальная зависимость интенсивности КР назад, отнесенной к произведению давления р на интенсивность лазерного излучения /0 от произведения 10р: р = 1,3 (.), 3,3 (а), 5,3 (*), 6 (.), 7,3 (♦) атм

Тот факт, что данные при различных давлениях в широком диапазоне интенсивностей хорошо сгруппированы, свидетельствует о соответствии выбранной модели описания механизма образования ВКР эксперименту.

Показано, что относительный вклад обратного ВКР в регистрируемый сигнал KP при СКР-зондировании атмосферных и загрязняющих атмосферу (S02, С02, СО) газов на дальности 1 км составляет 1,3% для S02 и -0,01-0,001% для остальных газов, так что результаты зондирования в коррекции, связанной с учетом обратного ВКР, практически не нуждаются. Коррекция становится нужной при измерениях сечений СКР в обратном направлении, что продемонстрировано на примере ацетона, этилацетата и изопрена, у которых при давлении паров 0,1-0,2 атм поправка составила 3; 1 и 4% соответственно.

Для СКР-лидаров широкого применения был разработан и изготовлен макетный образец высокоселективного полихроматора [А37], допускающего последовательную установку нескольких ступеней с целью дополнительного подавления рассеянного света.

Оригинальная автоколлимационная оптическая схема на основе модифицированной схемы Эберта-Фасти не предполагает перестройку в процессе работы. Аберрационный анализ полихроматора, проведенный на основе фотометрического подхода, позволил определить оптимальные размеры и скорректированные координаты выходных световодов, обеспечивающие не менее чем 90%-ю фотометрическую эффективность полихроматора. Настройка полихроматора и ее контроль проводились с помощью дополнительных каналов (световодов) регистрации 5 линий излучения ртути: 0,546074, 0,567586, 0,576960, 0,579016 и 0,580365 мкм, охватывающих рабочий спектральный диапазон. Эксперимент показал, что погрешность установки световодов не превышает 0,02 мм.

В четвертой главе описан первый в мировой практике мобильный двухчастотный гибридный флуоресцентно-аэрозольный лидар, который среди аэрозолей, обнаруженных в атмосфере, оперативно выделяет аэрозоли биогенного происхождения. С помощью этого лидара можно давать оценки оптического состояния атмосферы и интенсивности выбросов локальных источников загрязнений, картировать их аэрозольные шлейфы, можно решать и другие прикладные задачи. В разделе 4.1 рассмотрена оптическая схема лидара, в разделе 4.2 описана конструкция лидара, в разделе 4.3 рассмотрено влияние атмосферы на работу лидара, в разделе 4.4 представлены результаты его испытаний.

Большинство биологических клеток содержит в своем составе аминокислоты (тирозин, триптофан, фенилаланин), нуклеотиды и флавины [24], именно это отличает их от неорганического аэрозоля. Все эти молекулы флуоресцируют при возбуждении в ближней УФ-области спектра. Обычно энергия, поглощенная фенилаланином и тирозином, передается триптофану

и проявляется в свечении около 350 нм. Кроме того, содержание триптофана в белке примерно в 10000 раз больше, чем тирозина, поэтому в качестве маркера биологического объекта выбран триптофан [А41].

В лидаре реализована схема одновременного наблюдения лидарных сигналов упругого рассеяния и флуоресценции при облучении среды на лазерных длинах волн 1064 и 266 нм соответственно [А42], причем в ИК-канале сигнал формируется аэрозолями любой природы, а в УФ-канале -аэрозолями только биогенного происхождения.

Приемопередатчик, система сканирования и управления лидаром конструктивно объединены в единый модуль, установленный в термостати-руемой кабине на автомобильном носителе [А42], излучение в атмосферу выводится с помощью целостата. Такой способ транспортировки излучения определил коаксиальную схему построения передатчика лидара. Источником излучения в лидаре является специально разработанный фирмой ЛОТИС ТИИ (Республика Беларусь) лазер Ь8-2137/20-1лс1аг на алюмоит-триевом гранате.

Для уменьшения угла расходимости лазерного пучка нами разработан и защищен Российским патентом трехлинзовый коллиматор [А40], в котором применена обратная система Галилея. Исходя из желаемых характеристик лидара, был взят коэффициент расширения 7,75х (расходимость выходящего излучения составляет 0,18-0,2 мрад).

Квазипараллельный пучок излучения лазера с помощью двух юстируемых призм из кварцевого стекла КУ-1 выводится на оптическую ось приемного телескопа и далее в атмосферу через два плоских зеркала целостата. Рассеянное атмосферным объектом излучение этими же зеркалами направляется в выполненный по схеме Мерсена приемный телескоп, образованный двумя параболическими зеркалами диаметром 350 и 50 мм. Применение этой схемы (впервые в лидарной технике) позволило существенно уменьшить габариты лидара и удачно согласовать выходящий из телескопа пучок с фотоприемной системой. Сформированный телескопом параллельный пучок с помощью дополнительного плоского зеркала выводится из телескопа и направляется через систему спектроделителей, диафрагм и линз в фотоприемные модули на базе двух ФЭУ и лавинного фотодиода, расположенные в светозащищенном фотоприемном блоке. Сигналы с фотоприемников обрабатываются аналого-цифровыми преобразователями и счетчиком импульсов.

В комплект лидара входят два бензоэлектрогенератора, перевозимых тем же автомобилем. Лидар комплектуется специально изготовленной камерой, в которой с помощью ультразвукового ингалятора создается аэрозоль из водных растворов различных веществ, что позволяет проверять работоспособность лидара в полевых условиях [А44].

На чувствительность и дальность действия лидара влияет ослабление излучения в атмосфере. Традиционно считается, что в ближней УФ-области спектра оно происходит за счет аэрозольного и молекулярного рассеяния, а поглощение водяного пара отсутствует. Однако выполненные в ИОА СО РАН исследования [25-27, А34, А35], обобщенные в [АЗЗ], показали, что в диапазоне 248-330 нм имеет место поглощение водяным паром, которое может уменьшить пропускание двухкилометровой трассы на длине волны 266 нм более чем в 3 раза. Значение влажности воздуха определяется входящим в лидар гигрометром и используется для автоматической корректировки получаемых данных. Ослабление излучения на длине волны 1064 нм происходит в основном за счет аэрозольного и молекулярного рассеяния.

Испытания компонентов лидара проводились в лабораторных условиях, лидара в целом - в полевых условиях [А43]. Лабораторные измерения флуоресценции аэрозолей, приготовленных из водного раствора триптофана, продемонстрировали работоспособность камеры для аэрозольных образцов. Было показано, что интенсивность флуоресценции аэрозоля, приготовленного из 0,1%-го раствора триптофана в.воде, превосходит флуоресценцию воздуха, водяного аэрозоля и КР азота в 209; 41 и 162 раза соответственно. Расхождение с литературными данными не превысило ±6%, что подтверждает корректность работы аппаратуры, правильность методики обработки данных и достоверность получаемых результатов.

В ходе полевых испытаний на первом этапе оценивалась дальность действия аэрозольного канала, для чего проводились наклонное зондирование кучевых облаков и вертикальное зондирование безоблачного неба. Дальность зондирования облаков при накоплении сигнала в течение 10 с составила около 31 км при отношении сигнал-шум более 60. Отсюда следует, что дальность действия лидара по искусственным аэрозольным образованиям с плотностью частиц 100 шт./см3 превысит 100 км. Потолок зондирования безоблачного неба в светлое время суток был не менее 17 км, при этом отчетливо регистрировалось временное поведение тонкой структуры атмосферных аэрозольных образований.

На втором этапе проводилась аттестация флуоресцентного канала путем регистрации флуоресценции аэрозоля, получаемого в камере из растворов триптофана разной концентрации, расстояние между лидаром и камерой составляло 500 м. Для измерения концентрации и распределения аэрозольных частиц по размерам внутри камеры использовался счетчик аэрозольных частиц Grimm 1.108 (Германия). Сигнал флуоресценции накапливался и усреднялся в течение 1 с. Пороговая чувствительность лидара на этой дальности составила 3000-5000 аэрозольных частиц в 1 л воздуха при 0,1%-й концентрации раствора триптофана. Из сопоставления величин сечений флуоресценции молекул триптофана и спор бактерий сделан вы-

вод, что регистрируемая пороговая концентрация спор бактерий составит 0,43 частицы/см3 при накоплении сигнала в течение 1 с.

На последнем этапе испытаний проводилось зондирование искусственных аэрозольных образований. Они создавались путем распыления водных растворов триптофана и лизина (концентрация аминокислот составляла 0,3%) и суспензии кишечной палочки Escherichia coli (Е. coli) модификации PETRRB в специально построенном для испытаний туннеле. В качестве генераторов аэрозоля использовалось 15 распылителей типа PRO ULV 1035 (США). Измерялись величины сигналов в УФ- и ИК-каналах. Накопление сигналов в этих измерениях велось в течение 10 с.

Связь сигнала флуоресцентного (УФ) канала с расходом растворов трех разных веществ в распылителях изучалась при разных дальностях. Результаты измерений приведены на рис. 3. Работоспособность ИК-канала проверялась на дальности 4 км, для получения ненасыщенных сигналов энергетику лазера пришлось снизить в 20 раз.

12 3 4

Положение регуляторов расхода

Рис. 3. Зависимость сигнала УФ-канала от положения регуляторов. Дальность зондирования 0,5 км (Е. coli), 2 км (раствор триптофана) и 1,5 км (раствор лизина)

Испытания лидара показали, что дальность действия аэрозольного канала ИК-диапазона при обнаружении аэрозоля составляет не менее 30 км, дальность действия флуоресцентного канала УФ-диапазона при обнаружении аэрозоля биогенного происхождения не менее 2 км при пороговой чувствительности 10 спор/см3. Основным эксплуатационным достоинством лидара является комплексное сочетание различных технических и методических подходов.

Лидар «ФАРАН-М1» получил диплом III степени Лазерной Ассоциации стран СНГ и Балтии на 5-й Международной специализированной выставке лазерной, оптической и оптоэлектронной техники «Фотоника-2010» в номинации «Лазерное оборудование и технологии для технических измерений, диагностики и контроля процессов».

В заключении сформулированы основные результаты и выводы проведенных исследований, представленные в разделах «Защищаемые положения» и «Научная новизна».

В диссертации получены новые результаты и обоснованы положения, совокупность которых можно квалифицировать как крупное научное достижение в области разработки и развития спектроскопических методов и средств атмосферно-оптических исследований. Созданные средства позволяют с высокой чувствительностью и точностью выполнять экологический мониторинг атмосферы, что имеет большое народнохозяйственное значение.

Автор выражает искреннюю признательность своим соавторам и коллегам за тесное сотрудничество, неоценимый вклад в работу и проведение измерений, за помощь и поддержку. Автор особо благодарен за сотрудничество в обсуждении результатов работ научному консультанту профессору В.П. Лопасову.

Литература

1. LongR.K. Atmospheric absorption and laser radiation // Ohio state university engineering publications. Columbus, 1967. Bulletin # 199. 129 p.

2. Кравченко В.И., Соскин M.C., ТарабровВ.В. ОКГ со сканированием частоты в процессе генерации // Письма в ЖЭТФ. 1967. Т. 5, вып. 10. С. 355-357.

3. Jlonacoe В.П., Макогон М.М. Электрооптическое сканирование частоты излучения для исследования контура линий поглощения // 7-е Сибирское совещание по спектроскопии: Тезисы. Кемерово, 1969. С. 29; Вопросы молекулярной спектроскопии: Сб. трудов. Новосибирск: Наука, 1974. С. 314-318.

4.0'KeefeA., Deacon D.A.G. Cavity ring-down optical spectrometer for absorption measurements using pulsed laser sources // Rev. Sci. Instrum. 1988. V. 59, N 12. P. 2544-2551.

5. EngelnR., BerdenG., PeetersR., MeijerG. Cavity enhanced absorption and cavity enhanced magnetic rotation spectroscopy // Rev. Sci. Instrum. 1998. V. 69, N 11. P. 3763-3769.

6. Mikhailenko S.N., Le W„ Kassi S., Campargue A. Weak water absorption lines around 1.455 and 1.66 mkm by CW-CRDS // J. Mol. Spectrosc. 2007. V. 244, N 2. P. 170- . 178.

7. Синица Л.Н., СолодовА.М. Высокочувствительные спектрометры с внешними высокодобротными резонаторами // Оптическая спектроскопия и стандарты частоты. Атомная и молекулярная спектроскопия: Коллективная монография. Т. 2 / Под ред. Е.А. Виноградова, Л.Н. Синицы. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2009. С. 144-154.

8. Сучков А.Ф. Линейчатая структура спектров генерации ОКГ с неоднородно уширенной линией усиления. Препр. / ФИ АН СССР (М.). 1970. № 126. 16 с.

9. Годлевский А.П., Лопасов В.П., Макогон ММ. ОКГ с оптической линией задержки в резонаторе для исследования слабых- линий поглощения // Всесоюз. симпоз. по молекулярной спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения: Тезисы. Томск, 1972. С. 37-38.

10. Mazzotti F., Naumenko O.V., Kassi S., Bykov A.D., Campargue A. ICLAS of weak transitions of water between 11300 and 12850 cm"1: Comparison with FTS databases // J. Mol. Spectrosc. 2006. V. 239, N 2. P. 174-181.

11. Campargue A., Mikhailenko S., Liu A. W. ICLAS of water in the 770 nm transparency window (12746-13558 cm"1). Comparison with current experimental and calculated databases//J. Quant. Spectrosc. & Radiat. Transfer. 2008. V. 109, N 17-18. P. 28322845.

12. Петрова T.M. Спектр поглощения водяного пара в области 1,06 мкм // Оптическая спектроскопия и стандарты частоты. Атомная и молекулярная спектроскопия: Коллективная монография. Т. 2 / Под ред. Е.А. Виноградова, Л.Н. Синицы. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2009. С. 119-133.

13. Лазерный контроль атмосферы / Под ред. Э.Д. Хинкли. М.: Мир, 1979. 416 с.

14. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. М.: Мир, 1987. 550 с.

15.РатнерА.М. Квантовые генераторы света с большим угловым расхождением. Киев: Наук.думка, 1970.216с.

16. Hercher М., Young М., Smoyer С.В. Traveling Wave Ruby Laser with a Passive Optical Isolator// J. Appl. Phys. 1965. V. 36, N 10. P. 3351-3351.

17. Малышев В.И., Маркин А.С., Сычев A.A. Кинетика спектров свободной генерации лазера на твердом теле в режиме бегущей волны при исключении дискриминации мод // Письма в ЖЭТФ. 1969. Т. 9, вып. 1. С. 3-6.

18. Кравченко В.И., Соскин М.С. Перестраиваемые твердотельные лазеры с дисперсионными резонаторами // Лазеры с перестраиваемой частотой: Материалы Всесоюз. конф. Киев, 1973. С. 7-17.

19. DeLange О.Е. Losses Suffered by Coherent Light Redirected and Refocused Many Times in an Enclosed Medium // Bell Syst. Technol. J. 1965. V. 44, N2. P. 283-302.

20. Лукьяненко С.Ф., Макогон M.M. Использование удвоения частоты и перестройки длины волны излучения лазера для повышения чувствительности внутрире-зонаторной лазерной спектроскопии // VI Всесоюз. симпоз. по молекулярной спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения: Тезисы. Томск: ИОА СО АН СССР, 1982. С. 208-210.

21. Годлевский А.П., Зуев В.Е., Иванов А.К., Копытин Ю.Д. Новый метод лазерного зондирования атмосферы, основанный на приеме эхосигнала на лазер // Докл. АН СССР. 1982. Т. 267, вып. 4. С. 343-347.

22. Godlevskii А.Р., GordovЕ.Р., FazlievA.Z., Ponurovskii Ya.Ya., Sharin P.P. Parametric laser-reception lidar // Appl. Opt. 1987. V. 26,N8.P. 1607-1611.

23. Wienecke P., Finsterholzi H., Schrotter H.W., Brandmuller J. Raman Spectra of Carbon Dioxide and its isotopic variants in the Fenni resonance region. Part IV: temperature dependence on Q-branch intensities from 300 К to 650 К // Appl. Spectrosc. 1986. V. 40, N 1. P. 70-76.

24. ЛаковичДж. Основы флуоресцентной спектроскопии: Пер. с англ. М.: Мир, 1986. 496 с.

25. Климкин В.М., Федорищев В.Н. Новая полоса поглощения атмосферы в УФ-диапазоне спектра // Оптика атмосферы. 1989. Т. 2, № 2. С. 220-221.

26. Лукьяненко С.Ф., ИоваковскаяТ.И., Потапкин И.Н. Исследование поглощения паров Н20 в области 265 ... 350 нм с помощью спектрофотометра на базе КСВУ-12М // Оптика атмосферы. 1990. Т. 3, № 11. С. 1190-1192.

27. Tikhomirov В.А., Troitskii V.O., Kapitanov V.A., Evtushenko G.S., Ponomarev Yu.N. Photo-acoustic measurements of water vapor absorption coefficient in UV spectral region // Acta physica sinica. 1998. V. 7, N 3. P. 190-195.

Основные результаты изложены в следующих публикациях:

М. Лопасов В.П., Макогон ММ. Управление частотой излучения лазера с помощью двулучепреломляющих кристаллов // Оптика и спектроскопия. 1970. Т. 28, вып. 3. С. 543-545.

А2.Зуев В.Е.. JIonacoe В.П., Макогон М.М. Метод скоростной лазерной спектроскопии для исследования спектра поглощения атмосферных газов // Изв. вузов. Физика. 1971. Вып. U.C. 135-136.

A3. Зуев В.Е.. Лопасов В.П., Макогон М.М. Исследование тонкой структуры спектра поглощения атмосферных газов методом скоростной лазерной спектрометрии // Докл. АН СССР. 1971. Т. 199, вып. 5. С. 1041-1043.

A4.Zuev V.E., Lopasov V.P., Makogon М.М. Use of high-speed laser spectroscopy to study the absorption spectrum of atmospheric gases // Appl. Opt. 1971. V. 10, N 11. P. 2452-2455.

A5.Годлевский А.П., Лопасов В.П., Макогон М.М. Рубиновый ОКГ со сканированием частоты и стабилизацией параметров излучения для лазерной спектроскопии // Квантовая электроника. М.: Сов. радио, 1973. № 2 (14). С. 68-71.

А6. Сердюков В.И., Макогон М.М. Рубиновый лазер с активной обратной связью // Квант, электрон. 1974. Т. 1, вып. 8. С. 1848-1850.

Ю. Макогон М.М., Сердюков В.И. Свипирование частоты в лазере с активной отрицательной обратной связью // Квант, электрон. 1975. Т. 2, вып. 1. С. 135-138.

А8.Макогон М.М. Лазер на рубине с переменной длиной резонатора // Оптика и спектроскопия. 1975. Т. 38, вып. 3. С. 620-622.

А9.Лопасов В.П., Макогон М.М. Управление частотой генерации лазеров с помощью интерференционно-поляризационных фильтров // ЖТФ. 1975. Т. 45, вып. 2. С. 342-354.

А10.Годлевский А.П., Лопасов В.П., Лукьяненко С.Ф., Макогон М.М. Некоторые методы лазерной спектроскопии газовых сред // Распространение оптических волн в атмосфере. Новосибирск: Наука, 1975. С. 104-111.

All .Годлевский А.П., Макогон М.М., Тырышкин И.С. Способ измерения длины волны оптического излучения в реальном масштабе времени с высоким временным разрешением//ЖПС. 1976. Т. 24, вып. 1. С. 132-135.

Al2. Годлевский А.П., Лопасов В.П., Макогон М.М., Пономарев Ю.Н. О некоторых особенностях работы твердотельных лазеров при наличии в резонаторе вещества со слабой линией поглощения // Вопросы лазерного зондирования атмосферы. Новосибирск: Наука, 1976. С. 151-159.

А13. Макогон М.М. Широкодиапазонная перестройка частоты излучения рубинового лазера с помощью интерференционно-поляризационных фильтров // Изв. вузов. Физика. 1977. Деп. рукопись № 1386-77 Деп. 11 с.

А14. Макогон М.М., Сердюков В.И., Солодов A.M. Непрерывная динамическая перестройка частоты излучения импульсных лазеров // Квант, электрон. 1977. Т. 4, вып. 7. С. 1550-1552.

Al5.Макогон М.М., Солодов A.M. Квазистационарная одночастотная генерация им- . пульсного кольцевого лазера на стекле с неодимом // Письма в ЖТФ. 1977. Т. 3, вып. 15. С. 767-770.

А16. Макогон М.М., Сердюков В.И., Солодов A.M. Способ перестройки частоты генерации лазера: А. с. СССР №671656. Кл. HOI S 3/10. 7.03.79. Приоритет от 18.04.77.

Al 7 .Макогон М.М., Суханов В.Б. Лазер на красителе с частично селективным резонатором // ЖПС. 1977. Т. 26, вып. 4. С. 622-625.

Al 8. Макогон М.М., Солодов A.M. Импульсный лазер на стекле с неодимом и непрерывной перестройкой частоты излучения // Письма в ЖТФ. 1978. Т. 4, вып. 6. С. 309-312.

М9. Макогон М.М. Рубиновый лазер с высокочастотным управлением режимом генерации // Радиотехн. и электрон. 1979. Т. 24, № 4. С. 784-789.

А20.Макогон М.М., Пономарев Ю.Н., Тихомиров Б.А. Устройство для измерения длин волн оптического излучения: A.c. СССР №906233. Кл. G01B9/02. 14.10.81. Приоритет от 24.06.80.

А21.Лукьяненко С.Ф., Макогон М.М. Анализ содержания N02 методом ВРЛС на рубиновом лазере //ЖПС. 1984. Т. 41, вып. 2. С. 211-215.

А22.Лукьяненко С.Ф., Макогон М.М., Синица JI.H. Внутрирезонаторная лазерная спектроскопия. Основы метода и применения. Новосибирск: Наука, 1985. 121 с.

А23. Бурыхин Л.И., Макогон М.М., Синица Л.Н. Способ внутрирезонаторной лазерной спектроскопии: А. с. СССР № 1307995. Кл. G01 N 21/39. 03.01.87. Приоритет от 04.01.85.

А24. Makogon М.М., SerdjukovV.I., SolodovA.M. Continuous tuning narrowlinevvidth pulsed solid-state lasers // Optica acta. 1986. V. 33, N 6. P. 781-785.

A25. Макогон M.M., Сердюков В.И. Внутрирезонаторный лазерный спектрометр: А. с. СССР № 1383979. Кл. G0I J 3/12. 22.11.87. Приоритет от 7.01.86.

А26. Макогон М.М., Сердюков В.И. Внутрирезонаторный лазерный спектрометр на центрах окраски: А. с. СССР № 1505137. Кл. G01 J 3/42. 01.05.89. Приоритет от 19.01.87.

А27 .Макогон М.М., Синица Л. Н. Внутрирезонаторный лазерный спектрофотометр: А. с. СССР № 14981-55. Кл. G01 J 3/42. 01.04.89. Приоритет от 19.01.87.

А28.Лукьяненко С.Ф., Макогон М.М. Повышение чувствительности внутрирезона-торных лазерных спектрометров путем использования отрицательной обратной связи //ЖПС. 1988. Т. 49, вып. 1. С. 130-132.

А29.ГордоеЕ.П., Жилиба А.И., Макогон М.М. ВРЛС с нелинейным преобразователем частоты и внешним сигналом // Оптика атмосферы. 1990. Т. 3, вып. 3. С. 333-334.

АЗО. Зубова MC., Кочанов В.П., Макогон U.U., Сидоренко С.К. Динамика спектра внутрирезонаторного поглощения трехуровневой системы с просветлением // Оптика атмосферы и океана. 1992. Т. 5, вып. 1. С. 31-36.

A3 Х.Зуев В.В., Катаев М.Ю., иакогон U.U., иицель A.A. Лидарный метод дифференциального поглощения (ДП). Современное состояние исследований // Оптика атмосферы и океана. 1995. Т. 8, № 8. С. 1136-1164.

А32.Лопасов В.П., Макогон ММ. Твердотельные лазеры для молекулярной спектроскопии обертонных переходов в ИОА СО РАН // Изв. вузов. Физика. 1999. №8. С. 124-134.

АЗЗ. Макогон М.М. Спектральные характеристики водяного пара в УФ-области спектра// Оптика атмосферы и океана. 2001. Т. 14, № 9. С. 764—775.

А34.Быков А.Д., Воронина С.С., Макогон U.M. Оценка поглощения излучения 0,27 мкм атмосферным водяным паром // Оптика атмосферы и океана. 2003. Т. 16, №4. С. 317-321.

А35.Быков А.Д., Воронина С.С., Макогон U.M. Полоса поглощения водяного пара в области 270 им: механизм переноса интенсивности // Оптика атмосферы и океана. 2003. Т. 16, № 11. С. 998-1002.

А36. Ктшкин В.М., Макогон М.М., Матвиенко Г.Г., Пономарев Ю.Н. Спектроскопические проблемы дистанционного анализа индустриальных выбросов по спектрам СКР // Оптическая спектроскопия и стандарты частоты. Молекулярная спектроскопия: Коллективная монография / Под ред. Л.Н. Синицы, Е.А. Виноградова. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2004. С. 601-617.

А37. Волков С.Н., Макогон М.М., Сердюков В.И. Дифракционный подихроматор для СКР-лидара // Оптика атмосферы и океана. 2004. Т. 17, X» 12. С. 1050-1056.

А38.Кочанов В.П., КурякА.И., Макогон U.U., Тырышкин И.С. Спонтанное и обратное вынужденное комбинационное рассеяние в метане // Оптика и спектроскопия. 2006. Т. 101, № 2. С. 195-203.

A39.Гольдорт В.Г., Гордое Е.П., Ищенко В.Н., Ковалев A.A., Коганов Г.А., Макогон U.U., РуттХ., ШукерР. Двухволновый непрерывный С02 автодинный лидар // Оптика атмосферы и океана. 2006. Т. 19, № 4. С. 365-371.

А40.Симонова Г.В., Макогон М.М., Пономарев Ю.Н., КоханенкоГ.П., Рынков O.A. Ахроматический расширитель лазерного пучка для УФ и ИК областей спектра: Патент РФ на полезную модель № 89727. Приоритет от 27.07.09.

А41 .Макогон М.М. Сравнительный анализ спектроскопических методов дистанционной диагностики биоаэрозоля // Оптика атмосферы и океана. 2010. Т. 23, № 5. С. 350-358.

А42. Коханенко Г.П., Макогон М.М. Мобильный сканирующий флуоресцентно-аэрозольный лидар «ФАРАН-М1» II Фотоника. 2010. № 4. С. 50-53.

А43. Макогон М.М. Результаты испытаний мобильного сканирующего флуоресцентно-аэрозольного лидара // Оптика атмосферы и океана. 2011. Т. 24, № 3. С. 232-235.

А44. Макогон ММ., Кабанов A.M., КурякА.Н., Погодаев В.А., Суханов В.Б., Шия-новД.В. Малогабаритная аэрозольная камера для контроля работоспособности спектроскопических лидаров: Патент РФ на полезную модель. Приоритет от 07.02.2011. Решение о выдаче патента от 25.02.2011.

Печ. л. 2. Тираж 120 экз. Заказ № 32.

Тираж отпечатан в типографии ИОЛ СО РАН.

Введение

Глава 1. Твердотельные лазеры с перестраиваемой частотой и регулярным кинетическим режимом генерации. Скоростной лазерный спектрометр

1.1. Лазеры с электрооптически перестраиваемыми интерференционно-поляризационными фильтрами

1.2. Рубиновый лазер с активной отрицательной обратной связью

1.3. Лазеры с линейными динамическими резонаторами

1.4. Широкодиапазонная непрерывная перестройка частоты излучения

1.5. Скоростной лазерный спектрометр на рубиновом лазере 58 1.6 Выводы

Глава 2. Метод внутрирезонаторной лазерной спектроскопии

2.1 ВРЛС с отрицательной обратной связью

2.2 Широкополосный ВРЛС с перестройкой частоты

2.3. ВРЛС с динамическим резонатором

2.4. Динамика узкополосных ВРЛ-спектров поглощения трехуровневой среды с просветлением

2.5. ВРЛС с внутрирезонаторной генерацией гармоники

2.6. Внутрирезонаторный газоанализ N

2.7. ВРЛС для измерения неселективного поглощения

2.8. Внутрирезонаторный лазерный спектрофотометр

2.9. Дистанционный внутрирезонаторный лазерный спектрометр-газоанализатор 102 2.10 Выводы

Глава 3. Методология разработки СКР-лидаров для анализа оптически-плотных сред

3.1 Спектроскопические проблемы дистанционного анализа индустриальных выбросов по спектрам СКР

3.2 Спонтанное и обратное вынужденное комбинационное рассеяние света в метане

3.3 Параметры комбинационного рассеяния некоторых вторичных метаболитов растений

3.4. Дифракционный полихроматор для СКР-лидара

3.5. Выводы

Глава 4. Мобильный сканирующий флуоресцентно-аэрозольный лидар «ФАРАН-М1» 166 4.1. Оптическая схема лидара

4.2 Конструкция лидара

4.3 Оценка влияния атмосферы на работу лидара

4.4 Испытания лидара 183 4.5. Выводы 202 Заключение 203 Список литературы

Разработка новых методов измерений дает возможность получать ранее неизвестную информацию. Появление лазеров и их внедрение в атмосферно-оптические приложения дало импульс всем методам, направленным на изучение как поглощения, так и испускания и рассеяния излучения молекулярной средой и частицами аэрозоля. С другой стороны, корректное использование лазеров при работе через атмосферу потребовало более высокого качества спектроскопической информации о ней.

Исследования оптических свойств молекулярно-аэрозольной атмосферы имеют длительную историю и по мере углубления представлений о процессах, происходящих в атмосфере, продолжают интенсивно развиваться. К середине XX века было установлено, что тепловой баланс планеты во многом определяется поглощением водяного пара и углекислого газа в ИК диапазоне спектра, а защиту от УФ излучения обеспечивает поглощение кислорода и озона. При этом знания спектров соответствующих газов, полученных с невысоким (~ 0,1-10 см"1) разрешением на спектрометрах с длиной оптического хода десятки и сотни метров, было достаточно для качественных оценок и количественных расчетов ослабления атмосферой широкополосного солнечного излучения. В случае измерения спектров по всей толще атмосферы достигалась чувствительность порядка

10"6 см-1.

Данные такого качества оказались совершенно неприемлемыми для расчета ослабления узкополосного (лазерного) излучения. Уже первые измерения спектра поглощения атмосферного водяного пара, выполненные с использованием лазера Р.Л. Лонгом в 1966 году [1] определили требования к качеству спектральной информации (разрешение до 0,001 см"1 и о о 1 чувствительность до 10"-10" см"). Более поздние теоретические исследования показали, что заметное ослабление солнечного излучения дают линии с коэффициентами поглощения на порядки величины ниже указанных благодаря их очень большому числу. Повышение разрешения и чувствительности спектроскопических измерений стало одной из ключевых задач атмосферной оптики.

Измерения [1] обосновали перспективность применения лазеров в атмосферной спектроскопии и очень малую пригодность существовавших тогда лазеров из-за хаотичности спектрально-временного и энергетического состава их излучения. Исследования киевской (В.И. Кравченко, М.С. Соскин, В.В. Тарабров - 1967 г., [2]) и томской (В.П. Лопасов, М.М. Макогон - 1969 г., [3]) групп показали возможность перестройки частоты излучения лазера на конденсированных средах в полосе усиления активной среды в течение одного импульса накачки. Это открыло принципиальную возможность регистрации спектра поглощения исследуемой среды без традиционного использования спектральных приборов, но существовавшие в конце 60-х годов лазеры не позволяли получить необходимые чувствительность и селективность диагностики газовых компонент атмосферы. Такое состояние определило необходимость выполнения специальных исследований в области совершенствования лазеров, которые, как будет показано далее, привели к появлению качественно новых режимов генерации с экстремально узким спектром и непрерывным изменением частоты излучения в широких пределах. Эти лазеры стали эффективными источниками излучения в методе скоростной лазерной спектрофотометрии. Не менее эффективным является их использование и в появившемся 15-20 лет назад новом методе измерений спектров поглощения - методе ring-down spectroscopy [4-7].

Совершенствование методов управления спектрально-энергетическими характеристиками излучения лазеров выявило наличие сильной зависимости спектра излучения от селективных потерь в резонаторе, что многократно использовалось для обеспечения узкого (одномодового) излучения моноимпульсных лазеров. Принципиальная возможность решения обратной задачи - определения малых частотно-зависимых потерь в резонаторе по спектру генерации лазера - была показана А.Ф. Сучковым в 1970 г. [8]. Новый высокочувствительный метод анализа получил название метода внутрирезонаторной лазерной спектроскопии (ВРЛС). Метод быстро нашел применение (уже в 1972 году использовался при измерении спектров поглощения атмосферных газов (А.П. Годлевский, В.П. Лопасов, М.М. Макогон [9])) и эксплуатируется около 40 лет (в качестве примера можно привести последние исследования спектров поглощения водяного пара [1012]). Тем не менее, его потенциальные возможности до сих пор не реализованы полностью.

Предельная пороговая чувствительность метода ВРЛС к селективному поглощению ограничена наличием квантового шума и может достигать 10"11

I л 1

10" см" ; для этого длительность непрерывной генерации без смены мод должна составлять 1.10 с. Этот предел чувствительности никогда не был достигнут, поэтому чрезвычайно важно выявить физические механизмы, ограничивающие чувствительность, и найти практические способы, позволяющие к нему приблизиться. Кроме того, в «классическом» варианте метод «работает» только в спектральной полосе усиления активной среды, «с узкими» линиями поглощения и в лабораторных условиях. Представляет несомненный интерес «снятие» указанных ограничений и расширение функциональных возможностей этого перспективного метода.

Другая ключевая проблема современности - загрязнение окружающей среды, в том числе и атмосферы, индустриальными отходами и иными продуктами деятельности человека. Оценка степени влияния загрязнений и принятие управляющий решений возможны на основе анализа результатов оперативного инструментального контроля. Лазеры существенно расширили возможности контроля параметров атмосферы, включая анализ загрязняющих компонентов, за счет внедрения в атмосферную оптику радарной методологии. Лидарные методы мониторинга состояния атмосферы обеспечивают дистанционность, высокое пространственное разрешение и оперативность выполнения измерений.

Первые успешные работы в этом направлении были связаны с зондированием аэрозольных образований, затем стали изучаться газовые (молекулярные и атомарные) компоненты атмосферы, причем объектами сначала являлись естественные составляющие атмосферы, а в дальнейшем и компоненты антропогенного происхождения (газовые выбросы предприятий, автотранспорта, взрывчатые, отравляющие и наркотические вещества и биологические компоненты). Важные для решения проблемы лидарного зондирования среды результаты получены многими исследователями в нашей стране, в том числе сотрудниками Объединенного института оптики атмосферы СО АН СССР, и за рубежом. В частности, были разработаны образцы аппаратуры для оценки количества аэрозоля и определения концентраций ряда газовых компонентов, загрязняющих атмосферу, работающие в разных режимах и различных спектральных диапазонах.

Вместе с тем использование традиционных подходов в ряде случаев не давало удовлетворительных результатов, а отсутствие количественной информации о свойствах веществ довольно часто не позволяло установить даже принципиальную возможность проведения соответствующих измерений. Поэтому возникла необходимость поиска новых и совершенствования известных технологий зондирования, связанных с поглощением, флуоресценцией, комбинационным рассеянием. Эффективность проявления этих физических явлений (что выражается, в конечном счете, в дальности действия, селективности и чувствительности соответствующих устройств) зависит от свойств определяемых веществ, особенностей формирования сигнала при атмосферных условиях и «правильности» методик и аппаратуры, «учитывающих» эти свойства и особенности. Любые методы измерений имеют ограничения по чувствительности, спектральному разрешению, динамическому диапазону и точности, причем реализация даже отработанных методик зачастую сталкивается с существенными трудностями, связанными с условиями применения и конструктивными особенностями аппаратуры. Немаловажную роль играет также влияние атмосферы на работу дистанционных спектральных приборов. Разнообразие веществ и условий измерений в каждом конкретном случае требует выбора и детальной проработки физического явления, механизма и средства, наиболее адекватно отвечающих формулируемым требованиям.

Указанные выше обстоятельства дают основания считать, что тематика исследований, представленная в диссертации, а именно комплексная разработка новых и модификация известных измерительных схем, методов и средств, основанных на регистрации как поглощения, так и испускания излучения, и учитывающих, в том числе, оптическое состояние анализируемой атмосферной среды, является актуальной для современной оптики в части, которая связана с развитием лазерных методов в исследованиях окружающей среды.

Целью диссертационной работы является научное обоснование новых экспериментальных методов, обеспечивающих предельные разрешение и чувствительность спектроскопических измерений, и создание на их основе средств, адекватных свойствам контролируемых газово-аэрозольных объектов.

Для достижения цели работы были поставлены и решены следующие ключевые задачи:

1) выявлены основные физические процессы, определяющие спектральные параметры излучения перестраиваемых по частоте твердотельных лазеров в процессе генерации, и созданы условия, при которых реализуется минимальный (в пределе нулевой) управляемый шаг перестройки частоты, что необходимо для эффективной работы лазерных спектрофотометров;

2) обоснованы и реализованы условия, при которых чувствительность метода ВРЛС приближается к своему предельному значению, определяемому длительностью генерации; расширены и изучены потенциальные возможности применения этого метода в новых интервалах спектра и в атмосферных условиях;

3) усовершенствована методология лидарных измерений на основе явлений флуоресценции и комбинационного рассеяния света, учитывающая определенные особенности контролируемой среды и распространения излучения в атмосфере;

4) спроектированы и разработаны образцы флуоресцентных и СКР-лидаров для контроля газово-аэрозольных компонентов атмосферы;

5) разработанные методы и созданные средства апробированы в ходе спектроскопических измерений ряда атмосферных и загрязняющих атмосферу газов.

Защищаемые положения

1. Показано, что динамическое изменение длины резонатора импульсных твердотельных лазеров приводит к непрерывной перестройке частоты излучения в диапазоне до 100 см"1 (сотни и тысячи межмодовых интервалов); зарегистрирована минимальная ширина спектра -6.7 10'5 см"1 (2 МГц).

2. Предложены и разработаны модификации импульсных ВРЛ-спектрометров с динамическим резонатором и отрицательной обратной связью, обеспечивающие предельную чувствительность к селективному поглощению, определяемую полной длительностью лазерной генерации.

3. Показано, что широкополосной метод ВРЛ-спектроскопии с использованием частично-селективного резонатора позволяет измерять неселективное поглощение с чувствительностью, не уступающей таковой при измерении селективного поглощения.

4. Обосновано, что узкополосный метод ВРЛ-спектроскопии с внутрирезонаторным преобразованием частоты излучения во вторую гармонику позволяет измерять поглощение не только в полосе генерации лазера, но и в области частот гармоники.

5. Разработана методология зондирования, позволяющая определять в локализованном в пространстве выбросе газово-аэрозольных компонентов концентрацию поглощающего газа и остальных загрязняющих газов путем измерения в зоне выброса сигнала СКР контролируемых газов, а до и после выброса - сигналов СКР азота и кислорода атмосферы.

6. Показано, что при измерении сечения комбинационного рассеяния в направлениях вперед и назад необходимо учитывать вклад вынужденного комбинационного рассеяния, которое может превышать спонтанное в десятки раз, а при определении концентраций загрязняющих атмосферу газов методом СКР-зондирования - давать поправку в несколько процентов.

7. Разработанный, испытанный и переданный для опытной эксплуатации двухчастотный мобильный аэрозольно-флуоресцентный лидар обеспечивает дальность обнаружения аэрозоля не менее 10 км (аэрозольный канал) и аэрозоля биогенного происхождения не менее 2 км (флуоресцентный канал) при концентрации аэрозоля в зондируемом объеме 10 частиц в кубическом сантиметре.

Научная новизна. Все результаты и выводы, которые легли в основу положений, выносимых на защиту, обладают научной новизной, что нашло отражение в оригинальных публикациях автора. Выделим следующие результаты.

• Теоретически обоснован и экспериментально исследован качественно новый механизм высокочастотной модуляции интенсивности излучения импульсных твердотельных лазеров. В лазере на рубине частота следования импульсов регулировалась в интервале 0,5-2,2 МГц, оценены предельные частоты следования импульсов, достигающие 10-15 МГц.

• Впервые в мировой практике осуществлено управление кинетическим режимом генерации твердотельных лазеров с помощью динамических резонаторов - резонаторов, длина которых в процессе генерации изменяется на сотни и тысячи длин волн. Установлено, что основной физической причиной, обеспечивающей регуляризацию генерации, является расширение спектра мод резонатора, приводящее к усилению их взаимодействия. Обосновано экспериментально наблюдаемое различие в значениях пороговых скоростей изменения кинетического режима для разных лазерных сред.

• Предложен и защищен авторским свидетельством новый режим генерации твердотельных лазеров, качественное отличие которого от известных состоит в широкополосном непрерывном изменении частоты излучения в течение импульса. В лазере на неодимовом стекле получена непрерывная перестройка частоты в диапазоне до 1,8 см"1 (около 1000 межмодовых интервалов) и ширине спектра излучения не более 7-10"5 см"1.

• На основе решения лазерных балансных уравнений показано, что внутрирезонаторное преобразование частоты излучения узкополосного ВРЛ-спектрометра во вторую гармонику позволяет регистрировать поглощение внесенного в резонатор вещества как в спектральной области работы лазера, так и в области гармоники.

• Разработаны и защищены авторскими свидетельствами модификации широкополосного метода ВРЛ-спектроскопии, использование в которых частично-селективных резонаторов позволяет измерять: неселективное поглощение с чувствительностью, не уступающей таковой при измерении селективного поглощения; абсолютную величину коэффициентов селективного и неселективного поглощения.

• Обосновано и экспериментально зарегистрировано увеличение чувствительности метода ВРЛС при использовании динамических резонаторов и резонаторов с отрицательной обратной связью. В последнем случае чувствительность к селективному поглощению может достигнуть своей предельной величины, определяемой полной длительностью лазерной генерации.

• Известно, что положение провала в спектре узкополосного внутрирезонаторного лазерного спектрометра может не совпадать с центром регистрируемой линии поглощения. Расчетным путем показано, что в зависимости от скорости перестройки частоты лазера нелинейность исследуемой поглощающей среды приводит как к положительному, так и отрицательному сдвигу, причем его величина может составлять несколько ширин линий поглощения.

• Путем моделирования работы автодинного дистанционного внутрирезонаторного спектрометра с С02-лазером и топографическим объектом в качестве отражателя показано, что пороговая чувствительность спектрометра к загрязняющим атмосферу газам составляет 0,05-6 ррЬ (горизонтальная трасса) и 2-30 ррт (зондирование с борта самолета).

• Впервые теоретически и экспериментально изучен процесс формирования комбинационного рассеяния от спонтанного излучения до экспериментального порога ВКР. Полученные соотношения адекватно описывают экспериментальные зависимости и могут быть использованы для оценки вклада ВКР в регистрируемый сигнал.

• Разработана новая методология дистанционного контроля локализованных выбросов газово-аэрозольных загрязняющих компонентов в атмосферу на основе объединения методов спонтанного комбинационного рассеяния и дифференциального поглощения.

Достоверность положений и результатов диссертации, выносимых на защиту, обеспечена тщательным планированием и постановкой целенаправленных экспериментов, логической последовательностью рассуждений при анализе полученного экспериментального материала. Основные выводы работы хорошо согласуются с современными представлениями лазерной физики, спектроскопии и зондирования. Результаты измерений подкреплены соответствующими теоретическими расчетами или оценками; часть результатов подтверждена более поздними публикациями других авторов.

Научную и практическую значимость имеют:

• методы регуляризации кинетики генерации твердотельных лазеров на основе использования динамических резонаторов и отрицательной обратной связи, позволяющие изменять частоту излучения в течение импульса генерации по произвольному закону с шагом 1 -2 межмодовых интервала;

• импульсный лазер на неодимовом стекле, генерирующий в квазинепрерывном режиме с шириной спектра непрерывно перестраиваемого излучения не более 7-10"5 см"1; результат не превзойден до настоящего времени;

• методики повышения чувствительности внутрирезонаторных лазерных спектрометров путем использования динамических резонаторов и отрицательной обратной связи;

• ВРЛ-спектрофотометры с частично-селективными резонаторами, обеспечивающие измерение абсолютных значений коэффициентов селективного и неселективного поглощения в диапазоне величин до 10"9 см"1;

• методология проектирования и расчета основных параметров СКР-лидаров для анализа многокомпонентной среды, включающая выбор длины волны возбуждения КР и оптимизацию характеристик приемного телескопа и спектрального прибора;

• соотношения, корректно описывающие вклад вынужденного рассеяния в полный сигнал комбинационного рассеяния и позволяющие уточнять измеряемые сечения КР и определяемые методом СКР-зондирования концентрации газов;.

• измеренные сечения СКР ацетона, этилацетата и изопрена в газовой фазе;

• многоступенчатый дифракционный полихроматор;

• СКР-лидар, обеспечивающий контроль выбросов предприятий металлургического профиля в дневное время на дальности до 1 км и в ночное время - до 3 км;

• мобильный аэрозольно-флуоресцентный лидар для обнаружения в атмосфере и идентификации аэрозоля биогенного происхождения.

Разработанные в диссертации методы и устройства использованы в ИОА при проведении спектроскопических исследований атмосферных газов.

Все полученные в диссертационной работе результаты и развитые методы могут служить основой для создания новых оптических приборов и устройств. В частности, аванпроект СКР-лидара для зондирования индустриальных загрязнений, мобильный аэрозольно-флуоресцентный лидар и расширитель лазерного пучка вошли в список достижений ИОА как законченные разработки в 2005, 2008 и 2009 гг.

Личный вклад автора в диссертационную работу.

Все изложенные в диссертации оригинальные результаты, определяющие научную новизну работы и защищаемые положения, получены лично автором или под его непосредственным руководством. Вклад автора на разных этапах выражался в постановке решаемых задач и разработке методов их решения, отработке методик измерений, анализе, интерпретации и обобщении полученных результатов, подготовке и оформлении публикаций. При непосредственном и активном участии автора проведены все экспериментальные исследования, обобщенные в диссертации. Расчеты на ЭВМ в работах Г116, 139] выполнены С.Ф. Лукьяненко, теоретические расчёты в работе [133] - А.И. Жилибой, в работах [131, 2001 - В.П. Кочановым.

Большой объем экспериментальных и конструкторских работ не мог быть выполнен без поддержки специалистов широкого профиля, которые участвовали в проведении экспериментов, обработке данных измерений, обсуждении результатов, разработке элементов создаваемой аппаратуры.

Связь с плановыми работами.

Работа выполнялась в рамках плана научно-исследовательских работ Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН с 1970 по 2010 год. Материалы, представленные в диссертации, использовались при выполнении Государственного контракта № 02.452.11.7087. Работа поддерживалась грантами РФФИ 00-15-98589 (исполнитель) и 01-05-65338 (руководитель), ШТАБ № 994-822 (исполнитель), программой ОФН РАН «Оптическая спектроскопия и стандарты частоты».

Апробация работы.

Результаты работы докладывались и обсуждались на 7-ом Сибирском совещании по спектроскопии (молекулярная спектроскопия) (Кемерово, 1969), 8-ом Научном Совещании по оптике атмосферы и актинометрии (Томск, 1971), девяти Всесоюзных симпозиумах по молекулярной спектроскопии высокого разрешения (Новосибирск 1972, 1974, 1978; Томск 1982, 1985; Красноярск 1987; Якутск 1989; Петергоф 1996, 2003), Всесоюзном симпозиуме «Физические основы управления частотой вынужденного излучения» (Киев 1972), двух Всесоюзных симпозиумах по распространению лазерного излучения в атмосфере (Томск 1973, 1981), Сибирском совещании по лазерной спектроскопии (Красноярск 1973), III Всесоюзной конференции «Физические основы передачи информации Введение 14 лазерным излучением (информационные лазерные системы)» (Киев 1973), III Всесоюзном симпозиуме по лазерному зондированию атмосферы (Томск 1974), Всесоюзной конференции «Лазеры на основе сложных органических соединений» (Минск 1975), Всесоюзном совещании по атмосферной оптике (Томск 1976), Всесоюзной конференции «Проблемы управления параметрами лазерного излучения» (Ташкент 1978), Всесоюзной конференции «Приборы и методы спектроскопии» (Новосибирск 1979), Всесоюзной конференции по анализу неорганических газов (Ленинград 1983), двух конференциях «Оптика лазеров» (Ленинград 1984 и С-Петербург 2010), XXIII Съезде по спектроскопии (Москва 2005), двух Международных конференциях по лазерной технике и приложениям (Вашингтон 1973 и Лос-Анжелес 1982), V Международном семинаре по инфракрасной спектроскопии высокого разрешения (Прага 1978), симпозиуме стран-членов СЭВ «Методы и приборы для определения загрязнения атмосферы» (Москва 1981), III Международной конференции «Тенденции квантовой электроники» (Бухарест 1988), двух Международных конференциях по лазерному зондированию (Томск 1990 и С-Петербург 2010), двух Международных конференциях «ENVIROMIS» (Томск 2000 и 2002), XI конференции по когерентным лидарам (Малверн, Англия, 2001), пяти Международных симпозиумах «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (Иркутск 2001; Томск 2003, 2005 и 2009; Красноярск 2008), III Международном симпозиуме «Контроль и реабилитация окружающей среды» (Томск 2002), Международной конференции CITES 2003 (Томск 2003), трех Международных конференциях «Атомные и молекулярные импульсные лазеры» (Томск 2003, 2005 и 2009), XV Международном симпозиуме «Gas Flow and Chemical Lasers & High Power Laser» (Прага 2004), Международной конференции ICOT (Пекин 2004).

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в монографии издательства «Наука» (в соавторстве), 49 статьях (из них 38 в журналах по списку ВАК), 64 материалах и тезисах докладов, 8 изобретениях; 5 статей опубликованы без соавторов. При цитировании в тексте диссертации работы автора отмечены подчеркиванием.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Её содержание изложено на 236 страницах, включая 80 рисунков, 21 таблицу и 264 ссылки на литературные источники.

4.5. Выводы

Основным эксплуатационным достоинством лидара является комплексное сочетание различных технических и методических подходов. Преимущество разработанного оборудования заключается в следующем:

1. Лидар установлен на автомобильном носителе и может производить полевые измерения в любом доступном месте.

2. Наличие двух каналов (ИК и УФ диапазона), которые с помощью оригинальной оптической системы работают одновременно при одной посылке лазерного излучения, обеспечивает оперативное обнаружение аэрозоля биогенного происхождения на фоне аэрозолей другой природы.

3. Лидар одновременно регистрирует сигналы в аналоговом и счетно-фотонном режимах, что позволяет повысить дальность зондирования как минимум в 3-4 раза и эксплуатировать лидар в любое время суток.

4. Высокий энергетический потенциал лидара позволяет эффективно использовать его для контроля антропогенного загрязнения территорий и исследования аэрозольных слоев до высот 20-25 км.

Лидар «ФАРАН-М1» получил диплом III степени Лазерной Ассоциации стран СНГ и Балтии на 5-й международной специализированной выставке лазерной, оптической и оптоэлектронной техники «Фотоника-2010».

Седьмое защищаемое положение.

Разработанный, испытанный и переданный для опытной эксплуатации двухчастотный мобильный аэрозольно-флуоресцентный лидар обеспечивает дальность обнаружения аэрозоля не менее 10 км (аэрозольный канал) и аэрозоля биогенного происхождения не менее 2 км (флуоресцентный канал) при концентрации аэрозоля в зондируемом объеме 10 частиц в кубическом сантиметре.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе получены следующие основные результаты.

Обоснован, обнаружен и изучен качественно новый режим высокочастотной модуляции интенсивности излучения твердотельных лазеров. В экспериментах с рубиновым лазером частота следования импульсов регулировалась в интервале 0,5-2,2 МГц, согласно сделанным оценкам предельные частоты следования импульсов составляют 10-15 МГц.

Динамическое изменение длины резонатора значительно увеличивает эффективность взаимодействия мод и, начиная с определенных пороговых значений скорости, приводит к коренному изменению режима генерации: кинетика генерации становится регулярной (лазер на рубине) или квазинепрерывной (лазер на стекле с неодимом), расходимость излучения стабилизируется. Частота излучения изменяется непрерывно и лазер становится оптическим квантовым свип-генератором, для перестройки частоты излучения которого не требуется дополнительных элементов управления.

Обоснован и в лазерах на рубине и неодимовом стекле экспериментально изучен качественно новый режим широкополосного непрерывного изменения частоты излучения в течении импульса генерации. В импульсном лазере на неодимовом стекле получена непрерывная перестройка частоты в течение импульса в диапазоне 1,8 см'1 (около 1000 межмодовых интервалов) при ширине спектра излучения не более 7-10'5 см'1; результат не превзойден до настоящего времени.

Обосновано и экспериментально доказано, что при скорости изменения длины резонатора ВРЛ-спектрометра 5-10 см/с изрезанность регистрируемого спектра, обусловленная нерегулярной селекцией, подавляется, а возможное уменьшение чувствительности, связанное с динамикой прохода частот мод через линии поглощения газов шириной 0,1-0,2 см"1, еще не проявляется. Это приводит к получению спектров более высокого качества, что обеспечивает повышение чувствительности измерений и увеличение спектрального разрешения.

Расчетным путем и экспериментально показано, что введение в ВРЛ-спектрометр отрицательной обратной связи обеспечивает увеличение чувствительности до 1-2 порядков величины в широкополосном варианте метода и до 3-4 порядков в узкополосном варианте для лазеров на рубине и неодимо-вом стекле. Основной вклад в повышение чувствительности в последнем случае вносит стабилизация превышения накачки над порогом.

Р асчетным путем показано, что глубина, форма и положение провала во временной зависимости мощности излучения узкополосного ВРЛ-спектрометра зависят от динамики заселенности уровней исследуемой поглощающей среды. Сдвиг центра провала относительно центра линии поглощения в зависимости от скорости перестройки частоты лазера имеет разный знак, а величина сдвига может достигать нескольких ширин линий поглощения далее при слабом искажении формы провала, что требует в каждом конкретном случае анализа возможности появления такого искажения при количественной интерпретации результатов измерений.

ВРЛ-спектрометр с установленным в его резонатор преобразователем частоты во вторую гармонику позволяет регистрировать селективные потери на этой частоте: в спектре лазерного излучения наряду с провалами, обусловленными линиями поглощения на лазерной частоте, возникают провалы и на линиях поглощения в области частот второй гармоники.

Предложены и защищены авторскими свидетельствами широкополосные ВРЛ-спектрофотометры с частично-селективными резонаторами для измерения абсолютных значений коэффициентов селективного и неселективного поглощения в диапазоне величин до 10'9 см"1.

Проведено моделирование работы дистанционного внутрирезонатор-ного спектрометра на базе С02-лазера с динамическим резонатором; внешним отражателем являются топографические объекты. Показано, что при работе по горизонтальным трассам могут быть обнаружены газы с пороговой чувствительностью до 10 ррЬ, а по вертикальным - 0,1-50 ррш. Открывается возможность создания авиационных и (в перспективе) спутниковых газоаналитических лидаров нового поколения, которые могут обеспечить контроль многих газов на больших территориях в рутинном режиме в интересах экологии, разведки ископаемых, контроля природных ресурсов, а также производства (и в меньшей степени транспортировки) опасных веществ и пр.

Для контроля локализованных газово-аэрозольных выбросов, в которых имеется загрязняющая компонента с широкополосным поглощением в области длин волн зондирующего излучения и излучения КР контролируемых газов, предложена и разработана новая методология зондирования, в которой объединены методы спонтанного комбинационного рассеяния и дифференциального поглощения. Согласно этой методологии наряду с сигналами КР загрязняющих компонентов в выбросе измеряются сигналы КР азота и кислорода воздуха на участках до и после выброса, что дает возможность определить концентрацию поглощающего загрязняющего газа, ослабление излучения аэрозольными компонентами выброса и рассчитать концентрацию всех загрязняющих газов выброса.

Детальное изучение процесса формирования вынужденного комбинационного рассеяния позволило установить величину вклада ВКР в полный сигнал комбинационного рассеяния в условиях, когда порог выраженного ВКР не достигнут. В выполненных экспериментах при вариациях давления метана от 1 до 7 атм. и интенсивности возбуждающего излучения в 100 раз полная интенсивность комбинационного рассеяния при максимальном возбуждении превышала интенсивность спонтанного комбинационного рассеяния более чем в 80 раз. Начальная стадия развития ВКР наиболее существенно влияет на определение абсолютной величины дифференциального сечения спонтанного комбинационного рассеяния в лидарной схеме («назад»), что было продемонстрировано при измерении сечения КР ацетона, этилацетата и изопрена в газовой фазе при давлении до 0,2 атм.

Разработан, изготовлен, испытан и передан для опытной эксплуатации двухчастотный мобильный сканирующий аэрозольно-флуоресцентный лидар с автономным источником питания для полевых измерений состояния атмосферы верхней полусферы в любом доступном для автотранспорта месте.

Одновременная работа двух каналов (ИК и УФ диапазона) при одной посылке лазерного излучения обеспечивает оперативное обнаружение аэрозоля биогенного происхождения на фоне аэрозолей другой природы. В условиях достаточно прозрачной атмосферы (метеорологическая дальность видимости более 10 км) дальность обнаружения аэрозоля при его концентрации в зондируемом объеме 10 частиц в кубическом сантиметре составляет не менее 10 км (аэрозольный канал), аэрозоля биогенного происхождения - не менее 2 км (флуоресцентный канал).

Высокий энергетический потенциал лидара позволяет эффективно использовать его для контроля антропогенного загрязнения территорий и исследования аэрозольных слоев до высот 20-25 км.

Таким образом, в диссертации обоснованы и исследованы новые экспериментальные спектроскопические методы, на базе которых разработаны аппаратные средства, технические характеристики которых согласованы со свойствами контролируемых газово-аэрозольных образований. Развитые методы использованы в ИОА СО РАН при проведении спектроскопических исследований и могут служить основой для создания новых оптических приборов и устройств.

Итогом выполненной работы являются новые результаты и положения, совокупность которых можно квалифицировать как крупное научное достижение в области разработки и развития спектроскопических методов и средств атмосферно-оптических исследований. Созданные средства позволяют с высокой чувствительностью выполнять экологический мониторинг атмосферы, что имеет большое народно-хозяйственное значение.

Перспективны следующие дальнейшие исследования и приложения полученных результатов.

1. Использование динамических резонаторов в твердотельных лазерах с диодной накачкой обеспечит непрерывное изменение частоты излучения и расширит возможности применения этих лазеров. Использование таких резонаторов во внутрирезонаторных лазерных спектрометрах увеличит их чувствительность и спектральное разрешение.

2. Дистанционный автодинный внутрирезонаторный спектрометр на перестраиваемых СОг-лазерах можно использовать в качестве трассового газоанализатора по обнаружению суррогатных взрывчатых веществ типа ТАТП, имеющих полосу поглощения в области 10-11 мкм [2641.

3. Аэрозольно-флуоресцентный лидар может служить прототипом для разработки эффективного средства дистанционного обнаружения и идентификации опасных аэрозольных примесей в воздухе с целью обеспечения биобезопасности населения, противодействия террористическим угрозам и предотвращения расширения эпидемиологических очагов.

1. Long R.K. Atmospheric absorption and laser radiation. // Ohio state university engineering publications. Columbus, 1967. Bulletin # 199. 129 p.

2. Кравченко В.И., Соскин M.C., Тарабров B.B. ОКГ со сканирование частоты в процессе генерации. // Письма в ЖЭТФ, 1967. Т. 5. Вып. 10. С. 355357.

3. O'Keefe A., Deacon D.A.G. Cavity ring-down optical spectrometer for absorption measurements using pulsed laser sources // Rev. Sci. Instrum. 1988. V. 59. No 12. P. 2544-2551.

4. Engeln R., Berden G., Peeters R., Meijer G. Cavity enhanced absorption and cavity enhanced magnetic rotation spectroscopy // Rev. Sci. Instrum. 1998. V. 69. No 11. P. 3763-3769.

5. Mikhailenko S.N., Le W., Kassi S., Campargue A. Weak water absorption lines around 1.455 and 1.66 mkm by CW-CRDS // Journal of Molecular Spectroscopy. 2007. V. 244. P. 170-178.

6. Сучков А.Ф. Линейчатая структура спектров генерации ОКГ с неоднородно уширенной линией усиления. Препринт № 126. М.: изд. ФИ АН СССР, 1970. 16 с.

7. Годлевский А.П., ЛопасовВ.П., Макогон М.М. ОКГ с оптической линией задержки в резонаторе для исследования слабых линий поглощения // Всесоюзный симпозиум по молекулярной спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения. Тезисы. Томск, 1972. С. 37-38.

8. Mazzotti F., Naumenko O.V., Kassi S., Bykov A.D., Campargue A. ICLAS of weak transitions of water between 11300 and 12850 cm"1: Comparison with FTS databases // Journal of Molecular Spectroscopy. 2006. V. 239. P. 174181.

9. Петрова T.M. Спектр поглощения водяного пара в области 1,06 мкм // Оптическая спектроскопия и стандарты частоты. Атомная и молекулярная спектроскопия: коллективная монография. Т. 2. Томск: Изд-во ИОА СО РАН. 2009. С. 119-133.

10. Кравченко В.И., Соскин М.С. Проблема частотной модуляции излучения твердотельных лазеров и сканирование частоты рубинового и не-одимового ОКГ в процессе генерации. // Квант, электр. Киев: Наукова думка, 1969. Вып. З.С. 39-53.

11. Макогон М.М. Динамическое управление параметрами излучения твердотельных лазеров. Дисс. . кан. физ.-мат. наук. Томск: ТГУ, 1974. 144 с.

12. Фолин К.Г., Гайнер В.А. Динамика свободной генерации твердотельных лазеров. Новосибирск: Наука, 1979. 264 с.

13. Галактионова Н.М., Егорова В.Ф., Мак А.А. Беспичковый режим и ширина моды лазера непрерывного действия // Оптика и спектр., 1968. Т. 25. Вып. 2. С. 305-306.

14. Jariv A. Electro-optic frequency modulation in optical resonators // Proc. IEEE, 1965. V. 52. No. 12. P. 719-720.

15. Мустель E.P., Парыгин B.H. Методы модуляции и сканирования света. М.: Наука, 1970. 295 с.

16. Петров А.С., Попов А.Н., Фомин В.Д. Расчет девиации частоты при частотной модуляции газового ОКГ // Радиотехника и электроника, 1972. Т. 17. Вып. 8. С. 1758-1763.

17. Ханин Я.И. Квантовая радиофизика. Т.2. Динамика квантовых генераторов. М.: Сов. радио, 1975. 495 с.

18. Анохов С.П., Марусий Т.Я., Соскин М.С. Перестраиваемые лазеры. М.: Радио и связь, 1982. 360 с.

19. Анохов С.П., Кравченко В.И., Ханин Я.И., Хижняк А.П. Некоторые вопросы динамики излучения твердотельных свип-лазеров. // Квант, электр., 1976. Том 3. Вып. 1. С. 20-28.

20. Годлевский А.П., Лопасов В.П., Макогон М.М., Тырышкин И.С. Рубиновый ОКГ со сканированием частоты в течение импульса генерации // Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума «Физические основы управления частотой вынужденного излучения», Киев, 1972, с. 46.

21. Лопасов В.П., Макогон М.М., Тырышкин И.С. Лазер со сканированием частоты излучения // Изв. ВУЗов, «Физика», 1974. Вып. 2. С. 123-125.

22. Разработка лазерного спектрометра на основе оптического квантового генератора на рубине и стекле с неодимом. Отчет № 72005851 // Томск: ИОА СО АН СССР, 1972. 91 с.

23. Макогон М.М. Широкодиапазонная перестройка частоты излучения рубинового лазера с помощью интерференционно-поляризационных фильтров. // Изв. ВУЗов, сер. «Физика», 1977. Деп. рукопись № 1386-77 Деп. 11 с.

24. Лопасов В.П., Макогон М.М. Свип-лазеры для лазерной спектроскопии // Препринт ИОА. 1976. № 15. 52 с.

25. Лопасов В.П., Макогон М.М. Управление частотой генерации лазеров с помощью интерференционно-поляризационных фильтров // ЖТФ, 1975. Т.45. Вып.2. С. 342-354.

26. Лопасов В.П., Макогон М.М. Управление частотой излучения лазера с помощью двулучепреломляющих кристаллов // Оптика и спектр., 1970. Т.28. Вып. С. 543-545.

27. Методы расчета ОКГ, том 1. Под редакцией Степанова Б.И. Минск: «Наука и техника», 1966. 387 с.

28. Корниенко Л.С., Кравцов Н.В., Ларионцев Е.Г., Прохоров A.M. Некоторые свойства твердотельного ОКГ с большой длиной резонатора // Докл. АН СССР, 1970. Том 193, Вып. 6. С. 1280-1282.

29. Корниенко Л.С., Кравцов Н.В., Наумкин Н.И. Структура импульса генерации ОКГ с линией задержки внутри резонатора // Радиотехника и электроника, 1972. Том 17. Вып. 8. С. 1760-1762.

30. Годлевский А.П., Лопасов В.П. Рубиновый ОКГ с многоходовой оптической кюветой в резонаторе для исследования слабых линий поглощения//Журн. прикл. спектр., 1974. Том 20. Вып. 2. С. 299-301.

31. Ратнер A.M. Квантовые генераторы света с большим угловым расхождением. Киев: Наукова думка, 1970. 216 с.

32. Комаров К.П. Стационарный режим и релаксационные колебания твердотельных свип-лазеров // Автометрия. 1980. № 5. С. 64-69.

33. Зуев В.Е., Лопасов В.П., Макогон М.М. Исследование тонкой структуры спектра поглощения атмосферных газов методом скоростной лазерной спектрометрии. // ДАН СССР, 1971. Том 199. Вып. 5. С. 1041-1043.

34. Макогон М.М. Рубиновый лазер с высокочастотным управлением режимом генерации // Радиотехника и электроника, 1979, Т. 24. № 4, с. 784789.

35. Клинков В.К., Мухтаров Ч.К. Генерация рубинового лазера с движущимся зеркалом при наличии селектора в резонаторе // Докл. АН СССР, 1972. Том 207. Вып. 4. С. 817-820.

36. Конвисар П.Г., Фомичев A.A. Оптимизация и устойчивость YAG:Nd3+^a3epa с непрерывной накачкой в режиме глубокой внутрирезона-торной модуляции // Квантовая электроника. 1981. Т. 8. № 6. С. 1253-1270.

37. Грошев В.А., Занадворов П.Н., Малов A.B. Модуляция добротности резонатора твердотельного лазера с непрерывной накачкой в режиме обрывания по амплитуде с задержкой // Вестник ЛГУ, серия физика, химия. 1989. Депонированная рукопись № 1143-В89. 11с.

38. Занадворов П.Н., Малов A.B. Стабильность импульсов твердотельного лазера с непрерывной накачкой и неглубокой модуляцией добротности в режиме обрывания // Вестник ЛГУ, серия физика, химия. 1989. Депонированная рукопись № 1144-В89. 7 с.

39. Иванов Ю.В., Копытин Ю.Д. Селективное взаимодействие последовательности лазерных импульсов с аэрозольной средой // Квант, электрон. 1982. Т. 9. № 3. С. 591-593.

40. Грязнов Ю.М., Частов A.A. Получение беспичкового режима генерации рубинового лазера с помощью затемняющихся растворов // ЖПС, 1972. Том 16. Вып. 4. С. 658-663.

41. Маршалл Ф.Р., Роберте Д.Л. Использование электрооптического затвора для стабилизации режима работы квантового генератора света на рубине // Труды института радиоинженеров. Русский перевод. 1962. Т. 50. С. 2106-2147.

42. Кузовкова Т.А., Нилов Е.В., Чертков A.A. Получение квазирезонансной генерации ОКГ на рубине и на стекле с неодимом // Приборы и техника эксперимента, 1972. Вып.5. С. 191-193.

43. Сердюков В.И., Макогон М.М. Рубиновый лазер с активной обратной связью //Квантовая электроника, 1974. Т.1. Вып.8. С. 1848-1850.

44. Самсон A.M., Рыбаков В.А. Подавление пичков генерации в ОКГ с ячейкой Керра// ЖПС, 1968. Т.8. Вып.6. С. 949-954.

45. Макогон М.М., Сердюков В.И. Свипирование частоты в лазере с активной отрицательной обратной связью // Квантовая электроника, 1975. Т.2. Вып.1. С. 135-138.

46. Жупан Ю.Ю., Заика В.В., Кравченко В.И. Спектры генерации рубинового ОКГ со сканированием частоты // Украинский физический журнал, 1972. Т.17. Вып. 11. С. 1803-1808.

47. Аскарьян Г.А. Взаимодействия излучения лазера с колеблющими поверхностями // ЖЭТФ, 1962. Том 42. Вып. 6. С. 1672-1673.

48. Стеценко O.A. О сжатии электромагнитного поля между двумя плоскостями. // Изв. ВУЗов, серия «Радиотехника», 1963. Том 6. Вып. 6. С. 695-700; Приближенное решение волнового уравнения для резонаторных систем с движущейся стенкой 701-704.

49. Ковалев A.M., Красильников В.Н. Об отражении электромагнитных волн от движущихся поверхностей. // ЖТФ, 1962. Том 30. Вып. 1. С. 3033.

50. Баранов Р.И., Широков Ю.М. Электромагнитное поле в оптическом резонаторе с подвижным зеркалом. // ЖЭТФ, 1967. Том 53. Вып. 6(12). С. 2123-2130.

51. Весницкий А.И. Распространение электромагнитных волн в волноводе с подвижными границами // Изв. ВУЗов, серия «Радиофизика», 1969. Том 12. Вып. 6. С. 935-945.

52. Весницкий А.И. Одномерный резонатор изменяющихся размеров //Изв. ВУЗов, серия «Радиофизика», 1971. Том 14. Вып. 10. С. 1531-1537.

53. Весницкий А.И. Обратная задача для одномерного резонатора, изменяющегося во времени свои размеры // Изв. ВУЗов, серия «Радиофизика», 1971. Том 14. Вып. 10. С. 1538-1546.

54. Акулин В.М. Возбуждение системы вырожденный уровень зона излучением с изменяющейся частотой // ЖЭТФ. 1984. Т. 87. № 4. С. 11821191.

55. Gerber Е.А., Ahlstrom E.R. Solid-state laser with vibrating reflector // IEEE J. of Quant. Electr., 1969. Vol. QE-5. No. 8. P. 403-409.

56. Danielmeyer H.G., Nilsen W. G. Low -Frequency Dynamics of Homogeneous Four-level CW Lasers // J. Appl. Phys., 1970. Vol. 41. No. 1. P. 40144018.

57. Malota F.Z. Regelmäige Relaxations Schwingungen in Rubinlasern durch Änderung des Resonators // Naturforschung, 1970. Vol. 25a. No. 6. P. 916921.

58. Карпушко Ф.В. Динамический резонатор для импульсных лазеров//ПТЭ, 1971. Вып. 3. С. 186-189.

59. Анохов С.П., Галич Г.А., Кравченко В.И., Соскин М.С. Новый способ непрерывной широкодиапазонной динамической перестройки частоты вынужденного излучения // Письма в ЖТФ. 1977. Т. 3. Вып. 16. С. 816820.

60. Михельсон В.А. К вопросу о правильном применении принципа Доплера //ЖРФХО, часть физ., 1899. Т. 31. С. 119-125.

61. Макогон М.М. Лазер на рубине с переменной длиной резонатора // Оптика и спектроскопия, 1975. Том 38. Вып. 3. С. 620-622.

62. Годлевский А.П., Лопасов В.П., Макогон М.М. Специальный рубиновый ОКГ для лазерной спектроскопии // Всесоюзный симпозиум по спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения. Томск, 1972. Тезисы докл. С. 29-31.

63. Годлевский А.П., Лопасов В.П., Макогон М.М. Рубиновый ОКГ со сканированием частоты и стабилизацией параметров излучения для лазерной спектроскопии // Сб. «Квантовая электроника», М.: Сов. радио, 1973, №2 (14), с. 68-71.

64. Пуговкин A.B. Спектральные и временные характеристики излучения ОКГ на твердом теле. Автореф. дисс. . канд. физ.-мат. наук. Томск, ТИАСУР, 1968,12 стр.

65. Фолин К.Г. Исследование нестационарных электродинамических процессов в ОКГ на рубине электрооптическими методами. Автореф. дисс. . канд. физ.-мат. наук. // Новосибирск, ИФП СО АН СССР, 1969. 15 стр.

66. Анциферов В.В., Пивцов B.C., Угожаев В.Д., Фолин К.Г. Некоторые вопросы динамики генерации твердотельных лазеров // Автометрия, 1972. Вып. 5. С. 98-105.

67. Красильников В.Н., Панкратов A.M. Электромагнитные поля в резонаторах с колеблющейся границей (одномерный случай) // Проблемы дифракции и распространения волн, ЛГУ, 1968. Вып. 8. С. 59-84.

68. Макогон М.М., Сердюков В.И., Солодов A.M. Непрерывная динамическая перестройка частоты излучения импульсных лазеров // Квантовая электроника, 1977. Т.4. Вып.7. С. 1550-1552.

69. Makogon М.М., Serdjukov V.l., Solodov A.M. Continuous tuning narrowlinewidth pulsed solid-state lasers // Optica acta, 1986. T. 33, № 6, C. 781785.

70. Макогон M.M., Сердюков В.И. Рубиновый лазер с плавным и непрерывным свипированием частоты. // 2-ой симпозиум по молекулярной спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения, Томск, 1974. Тезисы докладов. С. 137-138.

71. Макогон М.М., Солодов A.M. Импульсный лазер на стекле с неодимом и непрерывной перестройкой частоты излучения // Письма в ЖТФ, 1978. Т.4. Вып.6. С. 309-312.

72. Макогон М.М., Сердюков В.И., Солодов A.M. Способ перестройки частоты генерации лазера // Авторское свидетельство СССР № 671656, кл. Н 01 S 3/10, 7 марта 1979 г. Приоритет от 18 апреля 1977 г.

73. Hercher M., Young M., Smoyer C.B. Traveling Wave Ruby Laser with a Passive Optical Isolator// J. Appl. Phys., 1965. V.36. No. 10. P.3351-3351.

74. Кравченко В.И., Тарабров B.B. Перестраиваемый одночастотный ОКГ бегущей волны на неодимовом стекле // ЖПС, 1970. Т. 13. Вып.4. С. 719721.

75. Малышев В.И., Маркин A.C., Сычев A.A. Кинетика спектров свободной генерации лазера на твердом теле в режиме бегущей волны при исключении дискриминации мод // Письма ЖЭТФ, 1969. Т.9. Вып. 1. С.3-6.

76. Макогон М.М., Солодов A.M. Квазистационарная одночастотная генерация импульсного кольцевого лазера на стекле с неодимом // Письма в ЖТФ, 1977. Т. 3. Вып. 15. С. 767-770.

77. Кравченко В.И., Соскин М.С. Перестраиваемые твердотельные лазеры с дисперсионными резонаторами // В сб.: Лазеры с перестраиваемой частотой (материалы Всесоюзной конференции), Киев, 1973. С. 7-17.

78. Солодов A.M. Непрерывно перестраиваемый лазер на стекле с неодимом и его применение в молекулярной спектроскопии высокого разрешения. Дис. . канд. физ.-мат. наук // Томск: ИОА СО РАН, 1985. 157 с.

79. Макогон М.М. Солодов A.M. Лазер с динамическим кольцевым резонатором и непрерывной перестройкой частоты излучения // Тезисы конференции «Управление параметрами лазерного излучения», Ташкент, 1978. Ч. 1.С. 186-188.

80. Дмитриевский О.Д., Непорент Б.С., Никитин В.А., Скоростная спектроскопия //УФН, 1958. Т. 44. Вып. 3. С. 447-402.

81. Донцов Ю.П., Завенгин Ю.А. Расчет распределения интенсивности в реальной интерферограмме Фабри-Перо и определение уширяющих факторов с помощью гармонического анализа экспериментальных контуров // ЖПС, 1976. Т.24. Вып. С. 886-892.

82. Соломаха Д.А., Торопов А.К. К вопросу о предельной аппаратной функции интерферометра Фабри-Перо // ЖПС, 1970. Т.13. Вып. С. 538-541.

83. Хапалюк А.П., Вельский A.M. Прохождение лазерного излучения через диэлектрическую плоскопараллельную пластинку // В кн.: Квантовая электроника и лазерная спектроскопия. Под редакцией A.M. Самсона, Минск, «Наука и техника», 1974. С. 469-490.

84. Кочанов В.П., Синица JI.H., Солодов A.M. Лазерный спектрометр для измерения параметров линий поглощения газов в области 1,06 мкм // Журнал прикладной спектроскопии, 1984. Т. 41. Вып. 2. С. 335-338.

85. Лопасов В.П., Синица Л.Н., Солодов A.M. Исследование вращательной структуры спектра поглощения С2Н2 в области излучения неодимо-вого лазера// Оптика и спектроскопия. 1980. Т. 49. вып. 4. С. 828-830.

86. Зуев В.Е. Лопасов В.П., Макогон М.М. Метод скоростной лазерной спектроскопии для исследования спектра поглощения атмосферных газов//Изв. ВУЗов, сер. Физика, 1971. Вып.И. С. 135-136.

87. Zuev V.E., Lopasov V.P., Makogon М.М. Use of high-speed laser spectroscopy to study the absorption spectrum of atmospheric gases // Appl. Opt., 1971. V. 10. No 11. P. 2452-2455.

88. Edlen E. The Refractive Index of Air // Metrología, 1966. V. 2. No 2. P. 71-78.

89. Коханенко П.К., Антипов А.Б. О возможности определения длины волны излучения активного рубина по его температуре // Изв. ВУЗов, сер. Физика, 1969. Вып. 5. С. 33-40.

90. Батарчукова Н.Р. Новое определение метра. // М.: Стандартгиз, 1964. 80 с.

91. White J.U. Long Optical Paths of Large Aperture // J. Opt. Soc. Am., 1942. V.32. No. 5. P. 285-288.

92. Влажность. Принципы и методы измерения влажности в газах. Сборник статей // М.: Иностранная литература. 1947. Т. 1.

93. Годлевский А.П., Лопасов В.П., Лукьяненко С.Ф., Макогон М.М. Некоторые методы лазерной спектроскопии газовых сред // В кн. Распространение оптических волн в атмосфере, Новосибирск: Наука, 1975. С. 104111.

94. Хирд Г. Измерение лазерных параметров IIМ.: Мир, 1970. 539 с.

95. Берштейн И.Л. Воздействие отраженного сигнала на работу лазера// Изв. ВУЗов, сер. Радиофизика, 1973. Т. 16. Вып. 4. С. 526-530.

96. Берштейн И.Л., Степанов Д.П. Обнаружение и измерение малых обратных отражений лазерного излучения // Изв. ВУЗов, сер. Радиофизика, 1973. Т. 16. Вып. 4. С. 531-536.

97. Солодов A.M., Макогон М.М. Влияние измерительной аппаратуры на спектр излучения лазера // Изв. ВУЗов, сер. Физика, 1976. Деп. рукопись №3910-76 Деп. 6 с.

98. Herriot D.R., Schulte H.I. Folded optical delay lines // Appl. Opt., 1965. V.4. No. 8. P. 883-889.

99. DeLange O.E. Losses Suffered by Coherent Light Redirected and Re-focused Many Times in an Enclosed Medium // Bell Syst. Tech. J., 1965. V.44. No. 2. P. 283-302.

100. Соломаха Д.А. Систематическая погрешность измерения длин волн ОКГ при помощи интерферометра Фабри-Перо // Измерительная техника, 1973. Вып.8. С. 32-34.

101. Mielenz K.D., Neftlen K.F., Rowley N.R.C., Wilson D.C., Engelard E. Reproducibility of Helium—Neon Laser Wavelengths at 633 nm // Appl. Opt., 1968. V.7.No. 2. P. 289-293.

102. Годлевский А.П., Макогон M.M., Тырышкин И.С. Способ измерения длины волны оптического излучения в реальном масштабе времени с высоким временным разрешением // ЖПС, 1976. Т.24. Вып.1. С. 132-135.

103. Тырышкин И.С. Исследование уширения линий атмосферного водяного пара в видимом диапазоне методом лазерной спектрофотометрии высокого разрешения: Автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук. // Томск: ИОА СО АН СССР. 1983, 16 с.

104. Макогон М.М., Пономарев Ю.Н., Тихомиров Б.А. Устройство для измерения длин волн оптического излучения // Авторское свидетельство СССР № 906233, кл. G01 В 9/02. 14.10.81. Приоритет от 24.06.80.

105. Лукьяненко С.Ф., Макогон М.М., Синица Л.Н. Внутрирезона-торная лазерная спектроскопия. Основы метода и применения II Новосибирск: Наука, 1985. 121 с.

106. Sooy W. The natural selection of modes in a passive Q-switched laser // Appl. Phys. Lett., 1965. V. 7. No 2. P. 36-42.

107. Пахомычева Л.А., Свириденков Э.А., Сучков А.Ф. и др. Линейчатая структура спектров генерации ОКГ с неоднородным уширением линии усиления // Письма в ЖЭТФ, 1970. Т. 12. вып. 2. С. 60-63.

108. Лукьяненко С.Ф. Погрешность определения центров линий методом ВРЛС // Журн. прикл. спектроскопии, 1984. Т. 40. Вып. 3. С. 496-499.

109. Беликова Т.П., Свириденков Э.А., Сучков А.Ф. Титова Л.В., Чу-рилов С.С. Обнаружение слабых линий поглощения с помощью ОКГ на стекле с неодимом // ЖЭТФ, 1972. Т. 62. Вып. 6. С. 2060-2065.

110. Беликова Т.П., Свириденков Э.А., Сучков А.Ф. Сверхчувствительная скоростная лазерная спектроскопия радикалов и молекул // УФН, 1974. Т. 113. Вып. 2. С. 327-329.

111. Антонов Е.И., Колошников В.Г., Мироненко В.Р. Внутрирезона-торная абсорбционная спектроскопия с непрерывно действующим лазером на красителях // УФН, 1975. Т.117. Вып.З. С. 574-576.

112. Chackerian С., Weisbach W.F. Amplified laser absorption: detection of nitric oxide // J. Opt. Soc. Amer., 1973. V. 63. No. 3. P. 342-345.

113. Лукьяненко С.Ф., Макогон M.M. Повышение чувствительности внутрирезонаторных лазерных спектрометров путем использования отрицательной обратной связи // ЖПС, 1988. Т. 49. Вып. 1. С. 130-132.

114. Макогон М.М., Сердюков В.И. Внутрирезонаторный лазерный спектрометр // Авторское свидетельство СССР № 1383979, кл. G01 J 3/12. 22.115.87. Приоритет от 7.01.86.

115. Gordov Е.Р., Fazliev A.Z., Makogon M.M., Orlovskii V.M. Basics and applications of the laser detection of weak light signals // In the 11th International Vavilov Conference on Nonlinear optics. SPIE Proceedings, v. 3485. 1998. P. 583-591.

116. Лукьяненко С.Ф. Использование режима сканирования длины волны излучения лазера с однородно уширенной активной средой для повышения чувствительности внутрирезонаторного спектрометра. // Квант, электроника, 1985. Т. 12. Вып. 3. С. 570-574.

117. Лопасов В.П., Макогон М.М. ОКГ на рубине с фазовой модуляцией резонатора // II Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере. Тезисы. Томск, 1973. С. 346.

118. Гируц Е.Л. Дисперсия спектра излучения лазера на красителях с динамическими продольными модами, имеющими случайные фазы // Электрон. техн. Сер. 11. 1991. № 2. С. 46-48.

119. Макогон М.М., Сердюков В.И. Внутрирезонаторный лазерный спектрометр на центрах окраски // Авторское свидетельство СССР № 1505137, кл. G01 J 3/42. 01.05.89. Приоритет от 19.01.87.

120. Sinitsa L.N., Makogon М.М., Luk'yanenko S.F. Intracavity laser spectroscopy using dispersive and dynamic resonators // In Intracavity laser spectroscopy. SPIE Proceedings. V. 3342. P. 22-73.

121. Батище С.А., Мостовников В.А., Рубинов A.H. Спектроскопия слабопоглощающих объектов с высоким разрешением на основе метода конкурирующих пучков // Квантовая электроника, 1976. Т.З. Вып.11. С. 25162519.

122. Сидоров С.В., Хижняк А.И. // Квантовая электроника. Киев: Наукова думка, 1978. Вып.14. С. 46-53.

123. Зубова М.С., Кочанов В.П. Провал нестационарного насыщенного поглощения в спектрах однородно-уширенных систем с просветлением // Письма в ЖЭТФ, 1989. Т.50. Вып.9. С. 376-378.

124. Лукьяненко С.Ф., Солодов A.M. Использование непрерывно-перестраиваемых лазеров для повышения чувствительности внутрирезона-торных спектрометров высокого разрешения // ЖПС, 1986. Т.49. Вып.2. С. 206-209.

125. Зубова М.С., Кочанов В.П., Макогон М.М., Сидоренко С.К. Динамика спектра внутрирезонаторного поглощения трехуровневой системы с просветлением // Оптика атмосферы, 1992. Т.5. Вып.1. С. 31-36.

126. Гордов Е.П., Жилиба А.И., Макогон М.М. ВРЛС с нелинейным преобразователем частоты и внешним сигналом // Материалы VIII Всес. симпозиума по спектроскопии высокого разрешения. Томск: ИОА СО АН СССР, 1986. Ч. 1. С. 50-53.

127. Гордов Е.П., Жилиба А.И., Макогон М.М. ВРЛС с нелинейным преобразователем частоты и внешним сигналом // Оптика атмосферы, 1990. Т. 3. Вып. 3. С. 333-334.

128. Демдредер В. Лазерная спектроскопия IIМ.: Наука, 1985. 709 с.

129. Перина Я. Квантовая статистика линейных и нелинейных оптических явлений // М.: Мир, 1988. 315 с.

130. Арекки Ф., Скалли М., Хакен Г., Вайдлих В. Квантовые флуктуации излучения лазера IIМ.: Мир, 1974. 236 с.

131. Ахманов С.А., Дьяков Ю.Е., Чиркин А.С. Введение в статистическую радиофизику и оптику И М.: Наука, 1981. 640 с.

132. Бураков С.Д., Годлевский А.П., Гордов Е.П., Губайдуллин Н.Е., Жилиба А.И., Останин С.А. Повышение чувствительности метода узкополосной БРЛС за счет внутрирезонаторной генерации второй гармоники // Оптика атмосферы, 1989. Т.2. Вып.8. С. 883-885.

133. Лукьяненко С.Ф., Макогон М.М. Анализ содержания N02 методом ВРЛС на рубиновом лазере // ЖПС, 1984. Т.41. Вып.2. С. 211 -215.

134. Федоров Н.Г., Козинцев В.И., Надточенко В.А. Саркисов О.М., Сильвицкий А.Ф. Исследование спектра поглощения N02 методом внутрила-зерной спектроскопии // Хим. физика, 1982. Т. Вып.8. С. 1011-1014.

135. Лукьяненко С.Ф., Макогон М.М. Внутрирезонаторный лазерный газоанализатор N02 И VI Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере, тезисы. Томск, 1982. 4.2. С. 73-74.

136. Лопасов В.П., Лукьяненко С.Ф., Пономарев Ю.Н., Тихомиров Б.А. Измерение коэффициентов уширения линии поглощения Н20 694.38 нм N2, С02, Аг и воздухом // ЖПС, 1980. Т.ЗЗ. Вып.2. С. 365-367.

137. Методы расчета ОКГ, т. II. Под ред. Степанова Б.И. Минск: «Наука и техника», 1968. 658 с.

138. Лопасов В.П., Лукьяненко С.Ф., Синица Л.Н. Внутрирезонатор-ные спектрометры на основе импульсного рубинового и неодимового лазеров (теория, эксперимент) //В кн. «Лазерная спектроскопия атмосферных газов», Томск, 1978. С. 146-183.

139. Лукьяненко С.Ф. Количественная внутрирезонаторная спектроскопия // В кн. «Спектроскопия атмосферных газов», Новосибирск: Наука, 1979. С. 75-90.

140. Беликова Т.П., Свириденков Э.А., Сучков А.Ф. Исследование высоковозбужденных колебательно-вращательных состояний молекулы методом селективных потерь в резонаторе лазера // Опт. и спектр., 1974. Т.37. Вып.4, С. 654-661.

141. Лейте В. Определение загрязнений воздуха в атмосфере и на рабочем месте II Л.: Химия, 1980. 343 с.

142. Лукьяненко С.Ф. Количественная внутрирезонаторная спектроскопия с использованием лазера на рубине. Дис. . канд. физ.-мат. наук, Томск, 1981. 18 с.

143. Eng R.S., Mantz A.W. Tunable diode laser spectroscopy of C02 in the 10- to 15-pm spectral region—Lineshape and g-branch head absorption profile // J. Mol. Spectrosc., 1979. V.74. No.2. P. 331-344.

144. Pine A.S. High-resolution methane F3-band spectra using a stabilized tunable difference-frequency laser system // J. Opt. Soc. Amer., 1976. V.66. No.l. P. 97-108.

145. Бурыхин A.H., Макогон M.M., Синица Л.Н. Способ внутрирезо-наторной лазерной спектроскопии // Авторское свидетельство СССР № 1307995, кл. G01 N21/39. 03.01.87. Приоритет от 04.01.85.

146. Макогон М.М., Суханов В.Б. Резонатор с частично-селективной обратной связью // Материалы Всесоюзной конференции «Лазеры на основе сложных органических соединений», Минск, 1975. С. 80-81.

147. Макогон М.М., Суханов В.Б. Лазер на красителе с частично-селективным резонатором // ЖПС, 1977. Т.26. Вып. 4. С. 622-625.

148. Макогон М.М., Синица Л.Н. Внутрирезонаторный лазерный спектрофотометр // Авторское свидетельство СССР № 1498155, кл. G01 J 3/42. 01.04.89. Приоритет от 19.01.87.

149. Годлевский А.П., Иванов А.К., Копытин Ю.Д. Высокочувствительный газоанализ атмосферы на основе внутрирезонаторного лазерного приема рассеянного излучения // Квантовая электроника. 1982. Т. 9. № 9. С. 2007-2012.

150. Годлевский А.П., Зуев В.Е., Иванов А.К., Копытин Ю.Д. Новый метод лазерного зондирования атмосферы, основанный на приеме эхо-сигнала на лазер // ДАН СССР. 1982, т. 267, вып. 4. с. 343-347.

151. Godlevskii А.Р., Gordov Е.Р., Fazliev A.Z., Ponurovskii Ya.Ya., Sharin P.P. Parametric laser-reception lidar // Appl. Opt. 1987. V. 26. N 8. P. 1607-1611.

152. Казарян P.A., Мнацакян Т.А. Характеристики внутрирезонаторного приема ИК оптического сигнала в атмосфере и повышение его помехоустойчивости // Квантовая электроника, 1987, т. 14, №3, с. 607-609.

153. Викторов Е.А., Галактионова Н.М., Мак A.A. Высокочувствительная регистрация слабого отраженного или рассеянного излучения методом внутрирезонаторного когерентного приема с YAG-Nd-лазером // Оптика и спектроскопия, 1987, т. 62, вып. 2, с. 430-436.

154. Harris M., Loudon R., Mander G.L., Vaughan J.M. Above Threshold Laser Amplifier//Phys. Rev. Lett. 1991, v. 67, p. 1743-1746.

155. Гордов Е.П. Автодинные лидары второго поколения // Оптика атмосферы и океана. 1995. Т. 8. № 1-2. С. 265-279.

156. Гольдорт В.Г., Гордов Е.П., Ищенко В.Н., Ковалев А.А., Коганов Г.А., Макогон М.М., Рутт X., Шукер Р. Двухволновый непрерывный С02 ав-тодинный лидар // Оптика атмосферы, 2006. Т. 19. № 4. С. 365-371.

157. Gordov Е.Р., Khmelnitskii G.S., Fazliev A.Z. Multipurpose cw C02 autodyne lidar // Conference Proceedings Paper in Laser Optics'95: Gas Lasers, I.M. Belousova, Editor. SPIE Proceedings. 1996. V. 2773, P. 160-163.

158. Шарин П.П. Исследование возможностей зондирования характеристик атмосферы на основе внутрирезонаторных эффектов в С02-лазере // Дисс. канд. физ.-мат. наук. Томск, 1992.

159. Годлевский А.П., Гордов Е.П., Жилиба А.И., Шарин П.П. Допле-ровский лидар с внутрирезонаторным приемом на С02-лазер // Оптика атмосферы 1990. Т.З. № 1. С. 25-30

160. Gordov Е.Р., Makogon М.М., Kaganov G., Fazliev A.Z., Matvienko G.G. Modeling of Autodyne Lidar Potential for DIAL Applications // 11th coherent Laser Radar Conference, 1-6 July 2001, Malvern, Worcestershire, UK. Proceedings. P. 60-63.

161. Гордов Е.П. Хмельницкий Г.С. О поляризационных характеристиках сигналов в ЛП-лидаре // Оптика атмосферы и океана. 1994. Т. 7. № 1. С. 112-114.

162. Gordov Е.Р., Makogon М.М., Fazliev A.Z., Orlovskii V.M. Potential of the hibrid laser autodyning for long range lidar applications // Proc. of the 9th conference on Coherent Laser Radar, Linkoping, Sweden. 1997. P. 277-279.

163. Гольдорт В.Г., Гордов Е.П., Ищенко В.Н., Ковалев А.А., Макогон М.М. Двухволновая С02-лазерная система для параметрического автодинно-го лидара // Оптика атмосферы и океана. 2006. Т. 19. № 2-3. С. 210-211.

164. Зуев В.В., Катаев М.Ю., Макогон М.М., Мицель А.А. Лидарный метод дифференциального поглощения (ДП). Современное состояние исследований // Оптика атмосферы и океана. 1995. Т. 8. № 8. С. 1136-1164.

165. Хазанов A.M., Коганов Г.А., Гордов Е.П. Решение задачи зондирования на основе количественного описания ЛП-лидара // Оптика атмосферы и океана. 1989. Т. 2. № 8. С. 862-868.

166. Koganov G.A., Shuker R., Gordov E.P. Analytical estimation of parameters of autodyne lidar // Appl. Optics. 2002. V. 41. N 33. P. 7087-7091.

167. Churnside J.H. Laser Doppler velocimetry by modulating a C02 laser with backscattered light // Appl. Opt. 1984. V. 23. N 1. P. 61-66.

168. Кириленко E.K., Кравченко В.И., Опанасюк Ю.Д., Теренецкая И.П. Лазерная абсорбционная спектроскопия газов. I. Контроль N02. // Квантовая электроника. Киев, Наукова думка, 1983. Вып.24. С. 66-74.

169. Лазерный контроль атмосферы. Под ред. Хинкли Э.Д. М.: Мир, 1979.416 с.

170. Костко O.K., Портасов B.C., Хаттатов В.У., Чаянова Э.А. Применение лазеров для определения состава атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1983.216 с.

171. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. М.: «Мир», 1987. 550 с.

172. Лазерное зондирование атмосферы из космоса. Под ред. В.М. Захарова. Д.: Гидрометеоиздат, 1988. 216 с.

173. Аршинов Ю.Ф., Бобровников С.М., Шумский В.К., Попов А.Г., Сериков И.Б. Дистанционное определение состава, скорости истечения и температуры выбросов из труб предприятия КР-лидаром // Оптика атмосферы и океана, 1992. Т. 5. № 7. С. 726-733.

174. Cohen A., Cooney J., Geller К. Atmospheric temperature profiles from lidar measurements of rotational Raman and elastic scattering // Appl. Optics, 1976. V. 15. N 11. P. 2896-2901.

175. Аршинов Ю.Ф., Бобровников C.M., ЗуевВ.Е., ЛитовВ.М. Измерение температуры атмосферы лидаром по вращательным спектрам КР N2 и О2 // В кн.: Спектроскопические методы зондирования атмосферы. Новосибирск, Наука, 1985. С. 94-107.

176. Abstracts of the 19th International Laser Radar Conference. // USA NASA 1998 986 p.

177. Advances in Laser Remote Sensing // Selected Papers of the 20th ILRC. Vichy. France. 2000. 492 p.

178. Proceedings of the 25th International Laser Radar Conference, 5-9 July 2010, St.-Petersburg. Tomsk: Budurchi ltd. V. I, II. 1370 p.

179. Зуев B.E., Кауль Б.В., Самохвалов И.В. Кирков К.И., Цанев В.И. Лазерное зондирование индустриальных аэрозолей.// Новосибирск: Наука. 1986. 188 с.

180. Захаров В.М., Костко O.K., Хмелевцов С.С. Лидарьг и исследование климата. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 320 с.

181. Ray M.D., Sedlacek Ar. J. Mini Raman- Radar System for In Situ, Stand-off Interrogation of Surface Contamination// 19th ILRC. USA. NASA. 1998. P. 677-679.

182. Окабе X. Фотохимия малых молекул. М.: «Мир», 1981. 500 с.

183. Сущинский M.M. Спектры комбинационного рассеяния молекул и кристаллов. М.: Наука, 1969. 576 с.

184. Millot G., Fanjoux G., Lavorel В. Fitting and scaling laws for high temperature Q branch collapse in the 02 stimulated Raman spectra in O2-H2O mixtures // J. Chem. Phys., 1996. V. 104. № 13. P. 5347-5348.

185. Справочник no лазерам. Под ред. A.M. Прохорова. Т. 1. М.: «Советское радио», 1978. 504 с.

186. Кочанов В.П., Куряк А.Н., Макогон М.М., Тырышкин И.С. Спонтанное и обратное вынужденное комбинационное рассеяние в метане // Оптика и спектроскопия. 2006. Т. 101. № 2. С. 195-203.

187. Физическая энциклопедия. Под ред. A.M. Прохорова. М.: Советская энциклопедия. 1990. Т. 2. С. 421.

188. Нелинейная спектроскопия, под ред. Н. Бломбергена: Пер. с англ. М.: Мир, 1979. 278 с.

189. Шен И.Р. Принципы нелинейной оптики: Пер. с англ. М.: Наука, 1989. 558 с.

190. Кочанов В.П., Богданова Ю.В. Двухволновое вынужденное комбинационное рассеяние в поле интенсивного излучения, резонансного комбинационному переходу// ЖЭТФ 2003. Т. 123. В. 2. С. 233-254.

191. Спектроскопия комбинационного рассеяния света в газах и жидкостях, под ред. А. Вебера: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. 373 с.

192. Справочник по специальным функциям, под ред. М. Абрамовича и И. Стиган: Пер. с англ. М.: Наука, 1979. 830 с.

193. Современные проблемы атмосферной оптики. В 9 томах. Под общ. ред. В.Е. Зуева. Л.: Гидрометеоиздат. 1986-1992.

194. Кауль Б.В. Обобщенные характеристики лидаров // Оптика атмосферы. 1989. Т. 2. №2. 211-214.

195. Матвиенко Г.Г., Банах В.А., Бобровников С.М., Бурлаков В.Д., Веретенников В.В., Кауль Б.В., Креков Г.М., Маричев В.Н. Развитие технологий лазерного зондирования атмосферы // Оптика атмосферы и океана. 2009. Т. 22. № 10.915-930.

196. Кабанов М.В., Тихомиров А.А. Научное приборостроение: от разработок для исследований по атмосферной оптике к промышленным образцам для контроля природных и техногенных систем // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т. 20. № 5. 459-466.

197. Абрамочкин А.И., Тихомиров А.А. Оптимизация приемной системы лидара. 1; 2 // Оптика атмосферы и океана. 1998. Т. 11. № 8. 899-908; 1999. Т. 12. №4. 345-356.

198. Ярмишко В.Т. Сосна обыкновенная и атмосферное загрязнение на Европейском Севере. СПб.: НИИ химии 1997. 210 с.

199. Сотникова О.В., Степень Р.А. Эфирные масла сосны как индикатор загрязнения среды // Химия растительного сырья. 2001. № 1. С. 79-84.

200. Гришин А.И., Матвиенко Г.Г., Харченко О.В., Тимофеев В.И. Исследование флуоресценции растений при возбуждении излучением второй гармоники YAG: Nd-лазера // Оптика атмосф. и океана. 1997. Т. 10. №7. С. 475-478.

201. Волков С.Н., Макогон М.М., Сердюков В.И. Дифракционный по-лихроматор для СКР-лидара // Оптика атмосферы и океана. 2004. Т.17. №12. С. 1050-1056.218. www.kosi.com.

202. Klimkin V.M., Makogon М.М., Matvienlco G.G., Ponomarev Yu.N., Serdyukov V.I. Raman lidars for monitoring atmospheric pollution // SPIE Proceedings. 2004. V. 5777. P. 1023-1026.

203. Sensor Systems for Biological Agent Attacks: Protecting Buildings and Military Bases. The national academies press. Washington, DC. 2004. 209 pp.

204. Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии. Пер. с англ. М.: Мир, 1986.-496 с.

205. DoD. Joint Service Chemical and Biological Defense Program, FY 02-03 Overview. Washington, D.C. 2002.

206. Primmerman C.A. Detection of biological agents // Lincoln laboratory journal. 2000. V. 12. No 1. P 3-32.

207. Fuechsel P.G., Ondercin D.G., Schumacher C. Test and Evaluation of Lidar Standoff Biological Sensors // JOHNS HOPKINS APL TECHNICAL DIGESTS. 2004. V. 25. No 1. P. 56-61.

208. Eversole J.D., Cary W.K., Jr., Scotto C.S., Pierson R., Spence M., Campillo A.J. Continuous bioaerosol monitoring using UV excitation fluorescence: Outdoor test results // Field Analytical Chemistry and Technology. 2001. V. 15. P. 205-212.

209. Ho J. Future of biological aerosol detection // Analytica Chimica Acta 2002. V. 457. P. 127-150.

210. Buteau S., Stadnyk L., Rowsell S., Simard J-R., Ho J., Dery В., McFee J. Spectrally resolved Laser-Induced Fluorescence for Bioaerosols Standoff Detection// SPIE Proceedings. 2007. V. 6756. 675608.

211. Wu M., Ray M., Fung K.H., Ruckman M.W., Harder D., Sedlacek A.J., III. Stand-off detection of chemicals by UV Raman spectroscopy // Appl. Spectroscopy. 2000. V. 54. № 6. P. 800-806.

212. Lim D.V., Simpson J.M., Kearns E.A., Kramer M.F. Current and Developing Technologies for Monitoring Agents of Bioterrorism and Biowarfare // Clinical Microbiology Reviews. 2005. V. 18. No 4. P. 583-607.

213. Макогон M.M. Сравнительный анализ спектроскопических методов дистанционной диагностики биоаэрозоля // Оптика атмосферы и океана. 2010. Т. 23. №5. С. 350-358.

214. Simonova G.V., Kokhanenko G.P., Makogon M.M., Rynkov O.A. Design of an optical system of the two-wavelength lidar // XV International Symposium «Atmospheric and ocean optics. Atmospheric physics». Krasnoyarsk, Russia, 22-29 June 2008. P. 115-116.

215. Simonova G.V., Kokhanenko G.P., Makogon M.M., Ponomarev Yu.N., Rynkov O.A. Achromatic laser beam expander for IR and UV spectral ranges // Proceedings of the 25th International Laser Radar Conference. 5-9 July 2010. St-Petersburg. V. 1. P. 247-249.

216. Коханенко Г.П., Макогон M.M., Пономарев Ю.Н., Рынков О.А., Симонова Г.В. Двухволновой лазерный передатчик флуоресцентного лидара // Оптический журнал. 2011. Т. 78. № 5 (в печати).

217. Симонова Г.В., Макогон М.М., Пономарев Ю.Н., Коханенко Г.П., Рынков. O.A., Ахроматический расширитель лазерного пучка для УФ и ИК областей спектра. Патент РФ на полезную модель № 89727, приоритет от 27.07.2009.

218. Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. Теория оптических систем. М: Машиностроение, 1992. 326 с.

219. Коханенко Г.П., Макогон М.М. Мобильный сканирующий флуоресцентно-аэрозольный лидар «ФАРАН-М1» // Фотоника. 2010. № 4. С. 5053.

220. Балин Ю.С., Климкин A.B. Коханенко Г.П. Куряк А.Н. Макогон М.М. Новоселов М.М. Пономарев Ю.Н. Рынков O.A. Симонова Г.В. Мобильный сканирующий УФ флуоресцентно-аэрозольный лидар «ФАРАН-М1» // ЛАЗЕР ИНФОРМ. Выпуск № 14-15 (438-439), август 2010, с. 4-7.

221. Климкин В.М., Федорищев В.Н. Новая полоса поглощения атмосферы в УФ-диапазоне спектра // Оптика атмосферы. 1989. Т. 2. № 2. С. 220221.

222. Лукьяненко С.Ф., Новаковская Т.Н., Потапкин И.Н. Исследование спектра поглощения паров Н20 в области 270-330 нм // Оптика атмосферы. 1989. Т. 2. № 7. С. 706-709.

223. Лукьяненко С.Ф., Новаковская Т.И., Потапкин И.Н. Исследование поглощения паров Н20 в области 265.350 нм с помощью спектрофотометра на базе КСВУ-12М // Оптика атмосферы. 1990. Т. 3. № 11. С. 11901192.

224. Пономарев Ю.Н., Тырышкин И.С. Спектрофотометрический комплекс для измерения поглощения лазерного излучения ИК-, видимого и

225. УФ-диапазонов молекулярными газами // Оптика атм. и океана. 1993. Т. 6. № 4. С. 360-368.

226. Kapitanov V.A., Tikhomirov В.А., Troitskii V.O., Tyryshkin I.S. Pulse photoacoustic spectroscopy of water vapor in UV spectral region with spacetime resolution of photoacoustic signals // SPIE Proceedings. 1997. V. 3090. P. 204-207.

227. Tikhomirov B.A., Troitskii V.O., Kapitanov V.A., Evtushenko G.S., Ponomarev Yu.N. Photo-acoustic measurements of water vapor absorption coefficient in UV spectral region // Acta physica sinica. 1998. V. 7. N 3. P. 190-195.

228. Быков А.Д., Воронина С.С., Макогон М.М. Оценка поглощения излучения 0,27 мкм атмосферным водяным паром // Оптика атмосферы и океана Т. 16, №4, 2003. С. 317-321.

229. Быков А.Д., Воронина С.С., Макогон М.М. Полоса поглощения водяного пара в области 270 нм: механизм переноса интенсивности // Оптика атмосферы и океана. Т. 16. № 11. 2003. С. 998-1002.

230. Bykov A.D., Voronina S.S., Makogon М.М. The water vapor 0.27 mlcm absorption band: Hypothesis of band strengthening // SPIE Proceedings. 2003. V. 5311. P. 72-76.

231. Макогон М.М. Спектральные характеристики водяного пара в УФ-области спектра // Оптика атмосферы и океана. Т. 14. № 9. 2001. С. 764775.

232. Kovalev V.A., Eichinger W.E. Elastic Lidar. Theory, Practice, and Analysis Methods. Wiley Interscience. 2004. 615 p.

233. Макогон M.M. Результаты испытаний мобильного сканирующего флуоресцентно-аэрозольного лидара // Оптика атмосферы и океана. 2011. Т. 24. № 3. С. 232-235.

234. Зельманович И.Л., Шифрии К.С. Таблицы по светорассеянию. Л.: Гидрометеоиздат. 1968. T. III. 435 с.

235. Лебедева В.В. Техника оптической спектроскопии, М.: изд-во Московского университета, 1986, 344 с.

236. Sivaprakasam V., Huston A.L., Scotto C., Eversole J.D. Multiple UV wavelength excitation and fluorescence of bio-aerosols // Optics Express. 2004. V. 12. No 19. P. 4457-4466.

237. Cabredo S., Parra A., Anzano J. Bacteria Spectra Obtained by Laser Induced Fluorescence // J Fluoresc. 2007. V. 17. P. 171-180.

238. Makogon M.M., Ponomarev Yu. N., Sinitsa L.N. Absorption and fluorescence laser spectroscopy and its application for environmental monitoring // Optical monitoring of the environment, SPIE Proceedings. 1993. V. 2107. P. 465475.