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

82913. Причини виникнення пожежі – порушення правил протипожежної безпеки. Правила поведінки під час виникнення пожежі 46.5 KB
  Вогонь Правильно а звідки береться вогонь Відгадайте ще одну загадку. І мають душу щедру Хоч дерева сини Згоряючи до щенту Вогонь дають вони. Бесіда Отже сьогодні ми поговоримо про вогонь. Вогонь як ви знаєте може бути добрим другом для людини але може бути і страшним ворогом який забирає життя.
82914. Вода та її властивості 180 KB
  Давайте пригадаємо що таке природа На які групи вона поділяється Повітряземля і водаце природа Природа це я і ти це природа.вода Гостею нашого сьогоднішнього уроку буде вода а наша краплинка просто відірвалась від неї. Хто пригадає: який колір має вода смак запах Сьогодні краплинка хоче розповісти нам про властивості води.
82915. Лісові зони світу 33.5 KB
  Що побачили куди потрапили Чому це ліс Які ознаки лісу знаєте це великі ділянки землі на яких ростуть дерева розташовані близько одне від одного. Проте ліс – це не тільки дерева але й інші рослини і тварини які живуть серед дерев. Кожна група рослин утворює свій поверх ярус...
82916. Зелене диво Землі — рослини. Різноманітність живих організмів. Значення рослин у природі та житті людей 52.5 KB
  Мета: продовжити формувати поняття природа нежива і жива, уявлення про царства живої природи, значення рослин, різноманітність рослин на землі, про види рослин; продовжити виробляти навички дослідницької роботи та спостереження; розвивати логічне мислення, виховувати естетичні почуття.
82917. Як розмножуються тварини 265.5 KB
  Мета: ознайомити учнів з особливостями розмноження комах, риб, плазунів, земноводних, птахів, звірів; розвивати вміння спостерігати, аналізувати, порівнювати, робити висновки; виховувати пізнавальний інтерес до природи, бажання досліджувати, берегти і вивчати природу.
82918. Крымские горы, урок правоведения 65.5 KB
  Ознакомить учеников с географическим положением климатом растительным и животным миром Крымских гор; развивать познавательный интерес наблюдательность творческие навыки; воспитывать любовь и бережное отношение к природе патриотические и эстетические чувства; Оборудование: компьютер мультимедийный экран проектор мультимедийная презентация Крымские горы слайды с картой Крымских гор картины и фотографии с изображением изучаемых объектов демонстрационные материалы карточки для индивидуальной работы учебник для 4 класса...
82919. Басни И.А.Крылова 197.5 KB
  Урок сопровождается презентацией в которой отражается каждое из заданий Игра проверяет знания по басням: Ворона и Лисица Стрекоза и муравей Слон и Моська Кукушка и петух Мартышка и очки Зеркало и обезьяна Лебедь Щука и Рак Чиж и голубь Заяц на ловле Задачи урока: 1 закрепить знания учащихся о жанре басни и баснях...
82920. Визначні місця Лондона 69 KB
  London is the most interesting place in the world. There are about 10 thousand streets in London. About eight million people live in the city. There are a lot of bridges over the Thames. Tower Bridge is the most famous. It is more than 100 years old. From Tower Bridge you can see the Tower of London.
82921. Розпізнавання геометричних фігур. Задачі на збільшення (зменшення) числа на кілька одиниць 39.5 KB
  Мета: навчитися розпізнавати геометричні фігури, записувати числа в таблицю розрядів. Розв’язувати задачі на збільшення (зменшення) числа на кілька одиниць. Розвивати логічне мислення, увагу, спостережливість. Виховувати позитивне ставлення до ближнього.