УДК: 621.373.826, 551.510.411

Исследование возможности применения лазерной системы на основе параметрического генератора света для лидарного зондирования состава атмосферы

Матвиенко Г.Г., Романовский О.А., Садовников С.А., Суханов А.Я., Харченко О.В., Яковлев С.В.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Матвиенко Г.Г., Романовский О.А., Садовников С.А., Суханов А.Я., Харченко О.В., Яковлев С.В. Исследование возможности применения лазерной системы на основе параметрического генератора света для лидарного зондирования состава атмосферы // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 6. С. 58–65.

Matvienko G.G., Romanovskiy O.A., Sadovnikov S.A., Sukhanov A.Ya., Kharchenko O.V., Yakovlev S.V. Study of the possibility of using a parametric-light-generator-based laser system for lidar probing of the composition of the atmosphere [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2017. V. 84. № 6. P. 58–65.

Ссылка на англоязычную версию:

G. G. Matvienko, O. A. Romanovskiĭ, S. A. Sadovnikov, A. Ya. Sukhanov, O. V. Kharchenko, and S. V. Yakovlev, "Study of the possibility of using a parametric-light-generator-based laser system for lidar probing of the composition of the atmosphere," Journal of Optical Technology. 84(6), 408-414 (2017). https://doi.org/10.1364/JOT.84.000408

Аннотация:

В данной работе исследована возможность применения лазерной системы с параметрической генерацией света на основе нелинейного кристалла KTiOAsO4 для лидарного зондирования атмосферы в диапазоне спектра 3–4 мкм. Разработана комбинированная методика лидарных измерений газовых компонентов атмосферы с использованием метода дифференциального поглощения (МДП) и дифференциальной оптической абсорбционной спектроскопии (ДОАС). Проведена апробация методики МДП–ДОАС в численном эксперименте для оценки возможностей лидарного зондирования малых газовых составляющих атмосферы.

Ключевые слова:

атмосфера, лидарное зондирование, МДП, ДОАС, газовые составляющие атмосферы, нелинейные кристаллы

Благодарность:

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (Грант № 16-45-700722 в части проведения численного моделирования лидарных измерений МГС атмосферы), гранта Президента РФ для поддержки молодых российских учёных (Грант № МК-1367.2017.5 в части разработки методики планирования и проведения лидарных МДП–ДОАС измерений) и гранта Президента РФ по поддержке ведущих научных школ НШ — 8199.2016.5.

Коды OCIS: 010.0280, 010.1280, 010.3640

Список источников:

1. Васильев Б.И., Маннун У.М. ИК лидары дифференциального поглощения для экологического мониторинга окружающей среды // Квантовая электроника. 2006. Т. 36. № 9. С. 801–820.
2. Mitev V., Babichenko S., Bennes J., Borelli R., Dolfi-Bouteyre A., Fiorani L., Hespel L., Huet T., Palucci A., Pistilli M., Puiu A., Rebane O., Sobolev I. Mid-IR DIAL for high-resolution mapping of explosive precursors // SPIE Remote Sensing. International Society for Optics and Photonics. 2013. V. 8894. P. 88940S-88940S–13.
3. Sunesson J.A., Apituley A., Swart D.P.J. Differential absorption lidar system for routine monitoring of tropospheric ozone // Applied Optics. 1994. V. 33. № 30. P. 7045–7058.

4. Browell E.V. Differential absorption lidar sensing of ozone // Proceeding of the IEEE. 1989. V. 77. № 3. P. 419–432.
5. McGee T.J., Gross M., Singh U.N., Butler J.J., Kimvilakani P.E. Improved stratospheric ozone lidar // Optical Engineering. 1995. V. 34. № 5. P. 1421–1430.
6. Бурлаков В.Д., Долгий С.И., Невзоров А.А., Невзоров А.В., Романовский О.А., Харченко О.В. Лидарное зондирование озона в верхней тропосфере — нижней стратосфере: методика и результаты измерений // Известия Томского политехнического университета. 2015. Т. 326. № 9. С. 124–132.
7. Higdon N.S., Browell E.V., Ponsardin P., Grossmann B.E., Butler C.F., Chyba T.H., Neale Mayo M., Allen R.J., Heuser A.W., Grant W.B., Ismail S., Mayor S.D., Carter A.F. Airborne differential absorption lidar system for measurements of atmospheric water vapor and aerosols // Applied Optics. 1994. V. 33. № 27. P. 6422–6438.
8. Toriumi R., Tai H., Takechi N. Tunable solid-state blue laser differential absorption lidar system for NO2 monitoring // Optical Engineering. 1996. V. 35. № 8. P. 2371–2375.
9. Харченко О.В. Методика планирования и проведения лидарных измерений профилей метеорологических параметров атмосферы // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25. № 6. С. 523–528.
10. Матвиенко Г.Г., Романовский О.А., Харченко О.В., Яковлев С.В. Результаты моделирования лидарных измерений профилей метеопараметров с помощью обертонного СО-лазера // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27. № 2. С. 123–125.
11. Романовский О.А., Харченко О.В., Яковлев С.В. Применение многоволновых ИК лазеров для лидарных и трассовых измерений метеорологических параметров атмосферы // Известия вузов. Физика. 2014. Т. 57. № 10. С. 74–80.
12. Бобровников С.М., Матвиенко Г.Г., Романовский О.А., Сериков И.Б., Суханов А.Я. Лидарный спектроскопический газоанализ атмосферы // Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2014. 510 с.
13. Platt U., Perner D., Patz H.W. Simultaneous measurement of atmospheric CH2O, O3 and NO2 by differential optical absorption // J. Geophys. Res. 1979. V. 84. Is. C10. P. 6329–6335.
14. Platt U. Air monitoring by spectroscopic techniques // Chemical Analysys Series. 1994. V. 127. P. 27–84.
15. Platt U., Stutz J. Differential optical absorption spectroscopy. New-York, Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2008. 593 p.
16. Douard M., Bacis R., Rambaldi Р., Ross A., Wolf J.-P., Fabre G., Stringat R. Fourier-transform lidar // Optics Letters. 1995. V. 20. № 20. P. 2140–2143.
17. Коллис Р.Т.Х., Рассел П.Б. Лазерный контроль атмосферы. Лидарные измерения аэрозольных частиц и газов посредством упругого рассеяния назад и дифференциальное поглощение. М.: Мир, 1979. С. 91–180.
18. Rothman L.S., Gordon I.E., Babikov Y., Barbe A., Chris Benner D., Bernath P.F., Birk M., Bizzocchi L., Boudon V., Brown L.R., Campargue A., Chance K., Cohen E.A., Coudert L.H., Devi V.M., Drouin B.J., Fayt A., Flaud J.-M., Gamache R.R., Harrison J.J., Hartmann J.-M., Hill C., Hodges J.T., Jacquemart D., Jolly A., Lamouroux J., Le Roy R.J., Li G., Long D.A., Lyulin O.M., Mackie C.J., Massie S.T., Mikhailenko S., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Nikitin A.V., Orphal J., Perevalov V., Perrin A., Polovtseva E.R., Richard C., Smith M.A.H., Starikova E., Sung K., Tashkun S., Tennyson J., Toon G.C., Tyuterev Vl.G., Wagner G. The HITRAN2012 molecular spectroscopic database // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2013. V. 130. P. 4–50.
19. Зуев В.Е., Комаров В.С. Статистические модели температуры и газовых компонент атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 264 с.
20. Креков Г.М., Рахимов Р.Ф. Оптико-локационная модель континентального аэрозоля. Новосибирск: Наука, 1982. 199 с.
21. McClatchey R.A., Fenn R.W., Selby J.E.A. Optical properties of atmosphere // Report AFCRL-71-0297. Bedford: Mass., 1971. 86 p.