Б.И. Васильев
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН
В последнее время все больше внимания уделяется улучшению экологического состояния Земли путем мониторинга окружающей среды. В этой связи выделяются проблемы, связанные с дистанционным обнаружением источников выбросов вредных веществ в атмосферу. Решить такую задачу позволяют лидары. Это лазерные приборы, принцип действия которых состоит в том, что лазерный импульс, пройдя через толщу исследуемого воздуха, за счет селективного поглощения излучения определенными молекулами испытывает изменения спектрального состава, которые впоследствии регистрируются и анализируются вычислительным комплексом.
Наиболее информативным является спектральный диапазон 8-20 мкм, в котором проявляются не только различия в составе молекул, но и изменения в их строении. До недавнего времени в этом диапазоне успешно работал лидар на основе СО2 лазера, излучающего на длинах волн 9-11 мкм. Однако, спектры поглощения большинства экологически вредных молекул (например, фреонов, диоксинов) лежат в области 11-18 мкм, недоступной для излучения СО2 лазера. Решить эту проблему позволяют созданные в ФИАНе NH3 лазеры с оптической накачкой излучением СО2 лазера, работающие в диапазоне 11-14 мкм. Они являются наиболее перспективными для создания лидаров в этом спектральном диапазоне [1]. Обладая большим диапазоном перестройки частоты генерации и очень высоким КПД (до 20%) за счет использования буферного газа - азота, эти лазеры не требуют охлаждения рабочей среды.
В настоящее время, в основном, используются лидары двух типов: двухчастотные и многочастотные. Принцип работы двухчастотных лидаров состоит в том, что измерение спектральных характеристик производится за несколько импульсов, а лазерный пучок в каждом импульсе содержит две далеко отстоящие друг от друга частотные компоненты, причем одна из них является измерительной, ее частота изменяется от импульса к импульсу, а вторая - опорная, неизменная в течение всего времени измерения. Одной из проблем, возникающих при создании двучастотных лидаров, является пространственное совмещение двух лазерных пучков различной частоты. Эта проблема легко решается в случае лазеров с оптической накачкой излучением СО2 лазера. Дело в том, что при продольном возбуждении активной среды излучение накачки используется лишь частично (~70%), а остальная часть может быть задействована в качестве опорного излучения. Разработанные оптические схемы лазеров с оптической накачкой таковы, что они позволяют получать колинеарный двухчастотный лазерный пучок уже в самой кювете с активным веществом [2]. Для идентификации газа, находящегося в исследуемой атмосфере, необходимо в памяти компьютера иметь «спектральные портреты» возможных молекул. В силу того, что линии лазерного излучения очень узкие, лазерные спектры поглощения молекул могут отличаться от спектров, полученных обычными спектрографами. Первые эксперименты с молекулами CCl4 продемонстрировали такое различие.
Литература.
1. Б.И. Васильев, А.Б.Ястребков. Известия АН, сер. физическая, 58, №2, 202-206, 1994.
2. Б.И. Васильев, Чо Чен Вхан. КЭ, 30, №12, 1113-1114, 2000
