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

80914. Социальные барьеры людей с ограниченными возможностями 29.35 KB
  Мысль о том что инвалидам должны предоставляться равные возможности со здоровыми что они не должны подвергаться сегрегации и дискриминации еще не овладела ни нашим обществом в целом ни даже теми его членами которые непосредственно причастны к судьбам инвалидов. По данным отечественных и зарубежных экспертов трудовая деятельность доступна приблизительно 2 3 всех инвалидов работает же не более 11 из них. Третьим барьером в жизни инвалидов выступает малообеспеченностъ которая является следствием социальнотрудовых ограничений: эти люди...
80915. Виды и формы социальной поддержки инвалидов 34.31 KB
  Эффективным механизмом реализации государственной политики в решении проблем инвалидов в Российской Федерации стали целевые федеральные и региональные программы объединяющие усилия различных ведомств. начато финансирование программы Разработка и производство технических средств реабилитации для обеспечения инвалидов. Создана также федеральная программа Социальная поддержка инвалидов.
80916. Основные принципы работы с инвалидами 22.26 KB
  Ответственность органов государственной власти, органов местного самоуправления и учреждений, а также должностных лиц за обеспечение прав граждан пожилого возраста и инвалидов в сфере социального обслуживания.
80917. Социальная и профессиональная адаптация инвалидов 26.52 KB
  Для более эффективной организации социального обслуживания социальному работнику важно знать причину инвалидности которая может быть обусловлена общим заболеванием 848 связана с пребыванием на фронте инвалиды войны либо являются инвалидами с детства. Роль социального работника состоит в том чтобы опираясь на осведомленность в этом вопросе способствовать реализации льгот в соответствии с существующим законодательством. При подходе к организации работы с семьей имеющей инвалида для социального работника важно...
80918. Методология формирования цен в России 47.36 KB
  Для расчета прибыли используется выручка от реализации за минусом НДС и акцизов. Кроме налогов включаемых в себестоимость продукции в цену включаются так называемые косвенные налоги: таможенные пошлины; акцизы; НДС. НДС представляет собой форму изъятия в бюджет части добавленной стоимости создаваемой на всех этапах производства и реализации товаров. Действуют следующие ставки НДС: 10 на детские товары и продовольственные товары по перечням установленным правительством РФ; 18 на промышленные товары на продовольственные подакцизные...
80919. Ценообразование в условиях инфляции 53.99 KB
  Ценовая тактика хозяйствующих субъектов в условиях инфляции. Инфляция означает обесценение бумажных денег по отношению к товарам рост товарных цен золоту повышение рыночной цены золота иностранным валютам падение курса национальной валюты по отношению к иностранным денежным единицам. Поскольку цены являются денежной формой стоимости товаров и услуг то инфляция может возникать как результат превышения количества бумажных денежных единиц находящихся в обращении над суммой товарных цен и проявляться в росте цен и снижении покупательной...
80920. Технология расчета цены в развитой экономике 52.11 KB
  Методы определения базовой цены. Цены подвергаются изменениям на рынке под воздействием спроса и предложения. Эластичность показывает в какой степени изменение цены влияет на величину спроса...
80921. Ценовая политика и стратегия предприятия 48.88 KB
  Цели ценовой политики. Политика цен жизненного цикла товара. Стратегии ценообразования. Цели ценовой политики Цена в условиях рыночной экономики один из важнейших факторов определяющих прибыльность предприятия.
80922. Особенности ценообразования в различных отраслях и сферах деятельности 47.56 KB
  Наиболее емким рынком в РФ является рынок продовольственных товаров. Своими размерами, количеством населения, широкими связями со странами СНГ и регионами мира РФ привлекательна для продавцов и производителей продовольственных товаров.