Том 26, номер 01, статья № 8

Аннотация:

Предлагается проект безопасного для глаз лидара высокого спектрального разрешения, работающего на длине волны 532 нм. Абсолютная калибровка обеспечивается наличием молекулярного канала, в котором фильтрация аэрозольного сигнала осуществляется кюветой с парами иода. В передатчике расширение лазерного пучка через приемный телескоп обеспечит высокую термомеханическую стабильность конструкции, что позволит установить малое поле зрения и существенно снизить уровень фоновой засветки. Показана детальная оптическая схема приемопередатчика, в которой для повышения стабильности передающая и приемная части располагаются по разные стороны оптической скамьи. Дается описание лазера, и приводятся характеристики системы. Проведен расчет лидарных сигналов и ошибок измерений, который показал, что для достижения 10%-й точности при определении аэрозольного коэффициента обратного рассеяния и оптической толщи в пределах тропосферы время осреднения сигнала должно быть не более 1 мин. Предлагаемая система должна работать непрерывно и автономно.

Ключевые слова:

лидар высокого спектрального разрешения, молекулярное рассеяние, атмосферный аэрозоль

Список литературы:

1. Measures R.M. Laser Remote Sensing. Florida: Krieger Publishing Company, 1992. 510 p.
2. Lidar: Range-Resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere / Editor Claus Weitkamp. Berlin: Springer, 2005. 443 p.
3. Spinhirne J.D. Micro pulse lidar // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. 1993. V. 31, iss. 1. P. 48-55.
4. Stewart S.A., Welton E.J., Berkoff T.A. Solutions to Overlap Temperature Sensitivity in Micro Pulse Lidars // 25st Int. Laser Radar Conference, July 5-9. 2010. P. 907-910, St. Petersburg, Russia.
5. URL: http://www.sesi-md.com/miro-pulse-lidar.html
6. Kovalev V.A., Eichinger W.E. Elastic Lidar: Theory, Practice, and Analysis Methods. Wiley-IEEE, 2004. 616 p.
7. Балин Ю.С., Кауль Б.В., Коханенко Г.П. Наблюдение зеркально отражающих частиц и слоев в кристаллических облаках // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 4. С. 293-299.
8. Young A. Rayleigh scattering // Appl. Opt. 1981. V. 20. P. 533-535.
9. Arshinov Yu., Bobrovnikov S., Serikov I., Ansmann A., Wandinger U., Althausen D., Mattis I., Muller D. Daytime operation of a pure rotational Raman lidar by use of a Fabry-Perot interferometer // Appl. Opt. 2005. V. 44, iss. 17. P. 3593-3603.
10. Shipley S.T., Tracy D.H., Eloranta E.W., Tauger J.T., Sroga J.T., Roesler F.L., Weinman J.A. High spectral resolution lidar to measure optical scattering properties of atmospheric aerosols. 1. Theory and instrumentation // Appl. Opt. 1983. V. 22, N 23. P. 3716-3724.
11. Fiocco G., Beneditti-Michelangeli G., Maischberger K., Madonna E. Measurement of temperature and aerosol to molecule ratio in the troposphere by optical radar
// Nature Phys. Science. 1971. V. 229. P. 78-79.
12. Piironen P., Eloranta E.W. Demonstration of a high-spectral-resolution lidar based on an iodine absorption filter // Appl. Opt. 1994. V. 19, N 3. P. 234-236.
13. Harms J., Lahmann W., Weitkamp C. Geometrical compression of lidar return signals // Appl. Opt. 1978. V. 17, N 7. P. 1131-1135.
14. Максутов Д.Д. Астрономическая оптика. Изд. 2-е. Л.: Наука, 1979. 395 с.
15. Hair J.W., Hostetler C.A., Cook A.L., Harper D.B., Ferrare R.A., Mack T.L., Welch Wayne, Izquierdo L.R., Hovis F.E. Airborne High Spectral Resolution Lidar for profiling aerosol optical properties // Appl. Opt. 2008. V. 47, N 36. P. 6734-6753.
16. American National Standard Z136. 1-1993.
17. Wang Z.G. Wavelength compensation in fused fiber couplers: Ph.D. Dissertation, 1996. Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA.
18. Razenkov I.A., Eloranta E.W., Hedrick J.P., Holz R.E., Kuehn R.E., Garcia J.P. A High Spectral Resolution Lidar Designed for Unattended Operation in the Arctic
// 21st Int. Laser Radar Conference, July 8-12, Quebec, Canada, 2002. P. 57-60.
19. URL: http://lidar.ssec.wisc.edu
20. Forkey J.N. Development and demonstration of filtered Rayleigh scattering - a laser based flow diagnostic for planar measurement of velocity, temperature and pressure: Ph.D. dissertation. Princeton University, 1996.
21. Hair J.W., Caldwell L.M., Krueger D.A., She C.-Y. High spectral-resolution lidar with iodine-vapor filters: measurement of atmospheric-state and aerosol profiles // Appl. Opt. 2001. V. 40, N 30. P. 5280-5294.
22. Eloranta E.W., Razenkov I.A. Frequency locking to the center of a 532 nm iodine absorption line by using stimulated Brillouin scattering from a single-mode fiber // Opt. Lett. 2006. V. 31, N 5. P. 598-600.
23. Alvarez-Chavez A., Offerhaus H.L., Nilsson J., Turner P.W., Clarkson W.A., Richardson D.J. High-energy, high-power ytterbium-doped Q-switched fiber laser
// Opt. Lett. 2006. V. 25, N 1. P. 37-39.
24. Wei Shi, Petersen E.B., Nguyen D.T., Zhidong Yao, Arturo Chavez-Pirson, Peyghambarian N., Jirong Yu. 220 J monolithic single-frequency Q-switched fiber laser at 2 m by using highly Tm-doped germanate fibers // Opt. Lett. 2011. V. 36, N 18. P. 3575-3577.
25. Razenkov I.A., Eloranta E.W., Razenkov I.I. Stable Coaxial Lidar Tranceiver // 25st Int. Laser Radar Conference, July 5-9, 2010. St. Petersburg, Russia. P. 195-198.
26. Разенков И.А., Eloranta E.W., Hedrick J.P., Garcia J.P. Арктический лидар высокого спектрального разрешения // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 1. С. 94-102.
27. Razenkov I.I., Eloranta E.W., Lawson M., Garcia J.P. Mobile High Spectral Resolution Lidar // 26st Int. Laser Radar Conference, June 25-29, 2012. Porto Heli, Greece