Большими преимуществами по сравнению с аэрологическими стандартными возмущающими методами обладают дистанционные методы (радиолокационные, акустические, метод по спектральному составу уходящего излучения). Наибольшими возможностями и достоинствами среди дистанционных невозмущающих методов обладают методы с использованием лазерных излучений [23, 38, 45, 46]. Лазерные методы дистанционной диагностики атмосферы имеют преимущества перед традиционными аэрологическими методами и дистанционными методами благодаря значительному объему получаемой информации из-за большого числа явлений взаимодействия оптических когерентных волн с частицами и молекулами атмосферы: аэрозольное, молекулярное, резонансное рассеяние, вынужденное и спонтанное комбинационное рассеяние, резонансная флюоресценция, доплеровское и столкновительное уширение линий поглощения газов атмосферы, сдвиг частоты излучения на движущихся неоднородностях за счет Доплер-эффекта, флуктуации отраженной волны на турбулентностях атмосферы и т. п. Лазерные методы обеспечивают возможность исследования атмосферных процессов в реальном масштабе времени.[ ...]
Методы лазерной диагностики позволяют проводить измерения на больших расстояниях от исследуемого объема. При этом не требуется производить отбор проб и последующий химический анализ. Результаты измерений могут быть получены почти мгновенно. Процесс измерения не влияет на измеряемые параметры атмосферы, т. е. метод лазерного зондирования является невозмущающим методом. Даже это далеко не полное перечисление достоинств показывает уникальность методов лазерного зондирования атмосферы.[ ...]
В основе методов лазерного зондирования используется облучение объекта падающим потоком с последующим анализом прошедшего через исследуемый объект потока, либо рассеянного от этого объекта излучения. Используя тот или иной эффект взаимодействия падающего лазерного излучения с частицами атмосферы или совокупность этих эффектов, ту или иную схему измерения, приходят к разным методам лазерного зондирования.[ ...]
Экстинкция (ослабление) падающего на исследуемый объект (например, аэрозольное облако) лазерного потока объясняется, в основном, процессами поглощения и рассеяния. Эти процессы могут быть как резонансными, так и нерезонансными, зависящими от рода частиц, их размера, скорости движения и концентрации, длины волны падающего излучения и т. п.[ ...]
Метод оптической локации. Этот метод лазерного зондирования атмосферы аналогичен методу радиолокации. Установки, работающие на этом принципе в оптическом диапазоне, иногда называются лидарами (рис. 9.36).[ ...]
С помощью метода лазерного зондирования атмосферы при частоте следования импульсов 103 — 104 Гц и длительности импульса порядка 10“8 с можно получать до 104 профилей аэрозольных слоев в секунду. Однако для регистрации находящихся в атмосфере вредных газов этот метод не пригоден, так как длина волны рассеянного излучения совпадает с длиной волны падающего излучения. Для этих целей применяется метод, использующий эффект комбинационного рассеяния излучения.[ ...]
Метод комбинационного рассеяния. Сущность эффекта комбинационного рассеяния заключается в том, что при рассеянии света газовыми молекулами происходит сдвиг частоты рассеянного излучения. Этот эффект был открыт в 1928 г. советскими физиками Л. И. Мандельштамом, Г. С. Ландсбергом и одновременно индусским физиком Ч. В. Раманом. В зарубежной литературе этот эффект чаще называют эффектом Рамана. Комбинационный сдвиг частот имеет каждая молекула газа, который характерен только для нее. Среда, состоящая из смеси газовых молекул, имеет свой, только ей присущий комбинационный спектр. Регистрация спектра рассеянного излучения позволяет определить наличие примесей в исследуемой среде путем анализа линий сдвига и полос поглощения.[ ...]
В табл. 9.15 представлены комбинационные сдвиги для некото-, рых молекул и соответствующие длины волн рассеянного излучения азотного, аргонового и рубинового лазеров [23].[ ...]
Выбирая в виде опорного излучения какой-либо лазер и анализируя спектр рассеянного излучения, можно идентифицировать газы в смеси. Принципиальная блок-схема установки для дистанционного анализа вредных примесей в атмосфере методом комбинационного рассеяния представлена на рис. 9.37 [23].[ ...]
Для анализа участков спектра рассеянного излучения, в которых находятся линин комбинационного сдвига, используются перестраиваемые светофильтры и монохроматор. На экране двухлучевого осциллографа фиксируются длительность лазерного зондирующего импульса и сигнал рассеянного излучения.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Спектральное распределение, полученное дистанционным методом комбинационного рассеяния лазерного излучения |
 |