38948

Физические процессы взаимодействия лазерного излучения с веществом

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Физические процессы взаимодействия лазерного излучения с веществом. Действия лидаров для исследования атмосферы основано: лазерное излучение распространяясь в реальной атмосфере оставляет в ней след вызванный взаимодействием фотонов лазерного излучения с атомами и молекулами газов частицами аэрозолей и неоднородностями атмосферы обусловленными турбулентными вихревыми движениями воздуха. Это взаимодействие прежде всего проявляется в упругом и неупругом рассеянии лазерного излучения в атмосфере при которых в частности образуется...

Русский

2013-09-30

558 KB

7 чел.

МЛДЗ

5. Физические процессы взаимодействия лазерного излучения с веществом.

 

Действия лидаров для исследования атмосферы основано: лазерное излучение, распространяясь в реальной атмосфере, оставляет в ней «след», вызванный взаимодействием фотонов лазерного излучения с атомами и молекулами газов, частицами аэрозолей и неоднородностями атмосферы, обусловленными турбулентными (вихревыми) движениями воздуха.

Это взаимодействие, прежде всего, проявляется в упругом и неупругом рассеянии лазерного излучения в атмосфере, при которых в частности образуется лазерные эхо-сигналы обратного рассеяния от исследуемых участков атмосферы, что следует из формулы для пиковой мощности принимаемого эхо сигнала обратного рассеяния:

-  - пиковая мощность зондируемого импульса лазерного излучения, где на выходе лазера - передающее устройство лидара

- - коэффициент пропускания лазерного излучения передающей оптической системы

-  - коэффициент пропускания лазерного излучения приемным объективом

-  - коэффициент пропускания лазерного излучения оптическим фильтром в приемной оптической системе

-  - диаметр входного зрачка приемного объектива

-  - толщина исследуемого слоя атмосферы (ΔR=и) при длительности зондируемого импульса τи, что соответствует разрешающей способности лидара по дистанции

-  – расстояние от лидара до слоя атмосферы

-  - коэффициент объемного рассеяния лазерного излучения в исследуемом слое атмосферы

-  - модуль вектора индикатрисы рассеяния лазерного излучения в исследуемом слое атмосферы в обратном направлении при φ=π (рад)

- коэффициент пропускания лазерного излучения атмосферой на удвоенной дистанции R от лидара до исследуемого слоя атмосферы

-  - коэффициент ослабления лазерного излучения в атмосфере на трассе до исследуемого слоя за счет рассеяния и поглощения атмосферными газами

-  - коэффициент ослабления за счет поглощения атмосферными газами

-  - коэффициент ослабления за счет рассеяния атмосферными газами

Выражение для  является энергетическим уравнением лидаров для исследования атмосферы, где информация о параметрах и свойствах атмосферы содержится в ,  и

Произведение:

-  - площадь эффективного поперечного сечения центров упругого молекулярного рассеяния зондирующего лазерного излучения молекулами газовых компонент атмосферы

-  - площадь эффективного поперечного сечения центров упругого аэрозольного рассеяния зондирующего лазерного излучения аэрозолями в атмосфере земли

-  - площадь эффективного поперечного сечения центров неупругого резонансного или комбинационного рассеяния зондирующего лазерного излучения газовыми компонентами атмосферы

-  - концентрации молекул, аэрозолей и компонент атмосферы, вызывающих неупругое рассеяние в исследуемом слое атмосферы

Регистрируя эхо-сигнал обратного упругого молекулярного или аэрозольного рассеяния можно определить прозрачность атмосферы. Установлено, что при уменьшении оптической плотности атмосферы, длительность переднего фронта сигнала возрастает. Деформация импульса лазерного излучения в рассеивающей атмосфере предназначена для использования в лидарах для определения метеорологической дальности видимости на аэродромах или в морских акваториях. В таких лидарах предусмотрены измерения моментов максимума интенсивности импульса обратного упругого рассеяния Pор по сравнению с моментом максимума зондирующего импульса Pи, длительности импульса обратного рассеяния по уровню 0,5 от τmax 0,5 Pор) и крутизны фронтов импульса обратного рассеяния (τφ1, τφ2).

Исследования прозрачности атмосферы позволяют так же изучать загрязненность атмосферы и определять пространственное распределение загрязняющих веществ. Объемный коэффициент рассеяния  измеренный при это м с помощью лидаров в большинстве случаев является суммой коэффициентов аэрозольного и молекулярного рассеяния.

Расширение информации о свойствах атмосферы и ее составе может быть получено при использовании эффектов резонансного или комбинационного неупругого молекулярного рассеяния лазерного излучения газами атмосферы.

Сущность резонансного рассеяния лазерного излучения: эти компоненты селективно поглощают лазерное излучение, когда длинна волны λи или частота νи=с/ λи совпадает с линией или полосой поглощения молекул газовых компонент атмосферы, а поглощенная энергия, спустя некоторое время, спонтанно переизлучается в пространство (τпи=10-14 сек).

Частота νii=c/ νi) переизлученного эхо-сигнала может отличаться от νии) поглощенного зондирующего лазерного излучения.

Комбинационное рассеяние лазерного излучения упрощенно можно рассматривать как результат взаимодействия фотонов зондирующего лазерного излучения с Ekhνи с молекулами газовых компонент атмосферы, способными принимать или отдавать ΔEihνi.

Если лазерное излучение взаимодействует с молекулой, находящейся в невозбужденном энергетическом состоянии, то оно отдает молекуле часть энергии и превращается в излучение с меньшей энергией фотонов:

hν’i= hνи-hνi и соответственно с меньшей частотой ν’i= νиi – стоксово излучение.

Если лазерное излучение взаимодействует с молекулой, находящейся в возбужденном колебательно-вращательном состоянии, т.е. обладающей hνи, то оно забирает из молекулы эту энергию и превращается в излучение с большей энергией фотонов: hν’i= hνи+hνi; ν’i= νиi – антистоксово излучение.

В результате рассмотренных эффектов в спектре эхо-сигнала обратного рассеяния кроме частоты зондирующего лазерного излучения νи за счет упругого рассеяния присутствует ряд линий резонансного или колебательного рассеяния.

Эти линии смещены относительно νи зондирующего лазерного излучения по шкале частот на определенные величины, обусловленные вынужденными энергетическими переходами молекул.

Поскольку собственные резонансные частоты молекул однозначно определяются их свойствами, то по смещению спектральных линий можно судить о наличии в атмосфере различных газовых компонент (и загрязняющих), а по интенсивности – о количестве вещества.

В лидарах для исследования атмосферы применяются импульсные лазеры с λи=0,3-14 мкм, т.к. молекулы практически всех веществ и загрязняющих газовых компонент атмосферы имеют в этом диапазоне длин волн вынужденные энергетические переходы.

Однако не используются участки спектра оптического излучения: νи=2,5÷2,9; 4,2÷4,4; 5,5÷7,5; 14-16 мкм в связи с очень сильным поглощением оптического излучения на этих длинах волн углекислым газом и парами воды в атмосфере.

С помощью лидаров можно определить концентрацию различных газовых компонент в атмосфере Земли от 10-6÷10-3 отн. ед.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73973. Українсько – болгарські відносини в 90-х роках ХХ століття 109 KB
  Обґрунтовується висновок що реалізація сучасної української державної політики щодо національних меншин відбувається в руслі демократичного визнання рівних політичних соціальних економічних та культурних прав і свобод усіх громадян України незалежно від їх етнічної приналежності. У досліджуваний період було закладено основи системи реґіональної співпраці України та Болгарії. Матеріали та висновки які містяться в роботі можуть бути використані для підготовки узагальнюючої роботи з історії українськоболгарських відносин у курсах історії...
73974. НАЦІОНАЛЬНЕ ВІДРОДЖЕННЯ ТА СПРОБИ ВІДНОВЛЕННЯ ЧЕСЬКОЇ ДЕРЖАВНОСТІ (КІНЕЦЬ XVIII - ПЕРША ПОЛОВИНА XIX ст.) 224.5 KB
  Освічений абсолютизм майже повністю знищив рештки чеської державності. Вважаючись осібним королівством, що мало власного монарха, увінчаного короною Св. Вацлава, Чехія фактично опинилася в становищі однієї з багатьох провінцій Габсбурзької монархії. Нею керували центральні австрійські інституції та місцеві чиновники, яких призначав уряд.
73976. ВЕЛИКОМОРАВСЬКА ДЕРЖАВА 1.87 MB
  У процесі переселення племен родоплемінні звязки порушувались, і на нових місцях виникали територіальні обєднання, а не родові общини.
73977. НФЧС та визначення шляхів розвитку ЧСР (1945-1948) 224 KB
  При цьому КПЧ мала такий сильний додатковий аргумент як активна підтримка її з боку СРСР який багато зробив для відновлення ЧСР в довоєнних кордонах. Це викликало в керівництві КПЧ побоювання саботажу з його боку та спричиняло дії з реорганізації Міністерства внутрішніх справ держбезпеки та інших. Проте ступінь впливу КПЧ в армії не був однозначним.
73978. Югославія в роки Другої світової війни 117 KB
  У Югославії пожвавилася діяльність різних націоналістичних угруповань: сербського Збору хорватських усташів македонського ВМРО німецького культурбунду та ін. ускладнила становище Югославії що спонукало врештірешт уряд Д. Гітлер віддав командуванню німецької армії наказ підготувати й завдати удару по Югославії. в Белграді був підписаний акт про капітуляцію Югославії.
73979. МУРАВЬЁВА Т.В. МИФЫ СЛАВЯН И НАРОДОВ СЕВЕРА 471.5 KB
  Король желая еще хоть раз увидеть незабвенную супругу послал за паном Твардовским и повелел ему силою своего волшебства вызвать тень покойной королевы. Король простер к ней руки и рванулся из магического крута. Однако чешские короли правившие в IX XIV веках называли себя Пржемысловичами и возводили свой род к легендарному Пржемыслу В XI веке король Вратислав П в зале своего дворца в Вышеграде выставил для всеобщего обозрения лапти Пржемысла. Король Ячменек Правил некогда в Чехии король Святопулк человек жестокий и нечестивый.
73981. Режим «народної демократії» в Польщі (1945-1948) 258.5 KB
  Зі створенням ПОРП у країні фактично розпочався процес формування тоталітарного політичного режиму. Узявши за взірець сталінську модель соціалізму керівництво ПОРП намагалося силовими методами в надзвичайно стислі строки здійснити перебудову польського суспільства.