Том 28, номер 12, статья № 9

Аннотация:

Создан комплекс оптико-акустических спектрометров с импульсными лазерами УФ, видимого и ближнего ИК-диапазонов спектра, который позволяет регистрировать слабое аэрозольное и молекулярное поглощение в атмосферном воздухе. Основой спектрометров является оптико-акустический детектор с временным разрешением сигналов и встроенным акустическим концентратором, состоящим из двух параболических зеркал. Детектор характеризуется высокой чувствительностью (минимальное измеряемое значение коэффициента поглощения при энергии лазерного импульса 50 мДж и радиусе лазерного пучка 1,5 мм достигает ~ 10^–9 см^–1) и отсутствием фоновых сигналов, связанных с поглощением излучения на внутренней поверхности оптико-акустической камеры. Приведены примеры измерений характеристик неселективного молекулярного и аэрозольного поглощения в газах и атмосферном воздухе, в том числе нелинейного поглощения мощных фемтосекундных лазерных импульсов.

Ключевые слова:

лазерный оптико-акустический спектрометр, фоновый сигнал, временное разрешение, атмосферный воздух, неселективное поглощение

Список литературы:

1. Moosmüller H., Chakrabarty R.K., Arnott W.P. Aerosol light absorption and its measurement: A review // J. Quant. Spectros. Radiat. Transfer. 2009. V. 110, N 11. P. 844–878.
2. Козлов В.С., Панченко М.В., Яушева Е.П. Временная изменчивость содержания субмикронного аэрозоля и сажи в приземном слое атмосферы Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20, № 12. С. 1082–1085.
3. Moosmüller H., Arnott W.P., Rodgers C.F., Chow J.C., Frazier C.A., Sherman L.E., Dietrich D.L. Photoacoustic and filter measurements related to aerosol light absorption during the Northern Front Range Air Quality Study (Colorado 1996/1997) // J. Geophys. Res. 1998. V. 103. P. 28149–28157.
4. Clough S., Kneizis F., Davies R. Line shape and water vapor continuum // Atmos. Res. 1989. V. 23. P. 229–241.
5. Mlawer E.J., Payne V.H., Moncet J.-L., Delamere J.S., Alvarado M.J., Tobin D.D. Development and recent evaluation of the MT_CKD model of continuum absorption // Phil. Trans. Roy. Soc. A. 2012. V. 370. P. 2520–2556.
6. Rothman L.S., Jacquemart D., Barbe A., Benner C.D., Birk M., Brown L.R., Carleer M.R., Chackerian C. Jr., Chance K., Dana V., Devi V.M., Flaud J.-M., Gamache R.R., Goldman A., Hartmann J.-M., Jucks K.W., Maki A.G., Mandin J.-Y., Massie S.T., Orphal J., Perrin A., Rinsland C.P., Smith M.A.H., Tennyson J., Tolchenov R.N., Toth R.A., Vander Auwera J., Varanasi P., Wagner G. The HITRAN 2004 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spesctros. Radiat. Transfer. 2005. V. 96, N 2. P. 139–204.
7. Тихомиров А.Б. Исследование неселективного поглощения коротковолнового излучения водяным паром и атмосферным аэрозолем методом импульсной оптико-акустической спектроскопии: Автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук. Томск, ИОА СО РАН, 2006. 20 с.
8. Cormier J.G., Hodges J.T., Drummond J.R. Infrared water vapor continuum absorption at atmospheric temperatures // J. Chem. Phys. 2005. V. 122, N 11. P. 114309-1–114309-10.
9. Reichert L., Andrés Hernández M.D., Burrows J.P., Tikhomirov A.B., Firsov K.M., Ptashnik I.V. First CRDS measurements of water vapour continuum in the 940 nm absorption band // J. Quant. Spectros. Radiat. Transfer. 2007. V. 105, N 2. P. 303–311.
10. Mondelain D., Aradj A., Kassi S., Camparque A. The water vapour self-continuum by CRDS at room temperature in the 1.6 mm transparency window // J. Quant. Spectros. Radiat. Transfer. 2013. V. 130. P. 381–391.
11. Пташник И.В., Петрова Т.М., Пономарев Ю.Н., Солодов А.А., Солодов А.М. Континуальное поглощение водяного пара в окнах прозрачности ближнего ИК-диапазона // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 11. С. 970–975.
12. Петрова Т.М., Пономарев Ю.Н., Солодов А.А., Солодов А.М., Болдырев Н.Ю. Спектрометрический комплекс для исследования спектров селективного и неселективного поглощения газов в широком спектральном диапазоне // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 5. С. 430–435.
13. Жаров В.П., Летохов В.С. Лазерная оптико-акустическая спектроскопия. М.: Наука, 1984. 320 c.
14. Антипов А.Б., Капитанов В.А., Пономарев Ю.Н., Сапожникова В.А. Оптико-акустический метод в лазерной спектроскопии молекулярных газов. Новосибирск: Наука, 1984. 128 c.
15. Тихомиров Б.А. Генерация оптико-акустического сигнала при поглощении импульсного излучения в газовоаэрозольных средах // Аэрозоли Сибири. XXII Рабочая группа: Тезисы докл. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2015. С. 68–69.
16. Beck K.M., Gordon R.J. Theory and application of time-resolved optoacoustics in gases // J. Chem. Phys. 1988. V. 89, N 9. P. 5560–5567.
17. Heritier J.-M. Electrostrictive limit and focusing effects in pulsed photoacoustic detection // Opt. Commun. 1983. V. 44, N 4. P. 267–272.
18. Никифорова О.Ю., Пономарев Ю.Н., Тихомиров Б.А. Исследование формирования сигнала в оптико-акустических спектрометрах с импульсным возбуждением // Изв. вузов. Физ. 1985. № 3. С. 37–42.
19. Мицель А.А., Фирсов К.М., Фомин Б.А. Перенос оптического излучения в молекулярной атмосфере. Томск: STT, 2001. 444 c.
20. Тихомиров А.Б., Пташник И.В., Тихомиров Б.А. Измерения коэффициента континуального поглощения водяного пара в области 14400 см^–1 (0,69 мкм) // Оптика и спектроскопия. 2006. Т. 101, № 1. С. 86–96.
21. Kapitanov V.A., Tikhomirov B.A., Troitskii V.O., Tyryshkin I.S. Pulse photoacoustic spectroscopy of water vapor in UV spectral region with space-time resolution of photo-acoustic signals // Proc. SPIE. 1997. V. 3090, N 3. P. 204–207.
22. Тихомиров А.Б., Тихомиров Б.А., Фирсов К.М. Нерезонансное поглощение импульсного излучения лазера на рубине атмосферным воздухом и смесью Н₂О с азотом // Оптика атмосф. и океана. 2001. T. 14, № 9. С. 740–747.
23. Козлов В.С., Панченко М.В., Тихомиров А.Б., Тихомиров Б.А. Измерение аэрозольного поглощения излучения с длиной волны 694,300 нм в приземном слое воздуха // Оптика атмосф. и океана. 2002. T. 15, № 9. С. 756–761.
24. Tikhomirov A.B., Firsov K.M., Kozlov V.S., Panchenko M.V., Ponomarev Yu.N., Tikhomirov B.A. Investigation of spectral dependence of shortwave radiation absorption by ambient aerosol using time-resolved photoacoustic technique // Opt. Eng. 2005. V. 44, N 7. P. 071203-1–071203-11.
25. Тихомиров А.Б., Бахирев М.А., Тихомиров Б.А. Коэффициент континуального поглощения водяного пара в области 0,69 мкм // Аэрозоли Сибири. XIV Рабочая группа: Тезисы докл. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2007. С. 33.
26. Kartashov D.V., Kirsanov A.V., Kiselev A.M., Stepanov A.N., Bochkarev N.N., Ponomarev Yu.N., Tikhomirov B.A. Nonlinear absorption of intense femtosecond laser radiation in air // Opt. Express. 2006. V. 14, N 17. P. 7552–7558.
27. Киселев А.М., Пономарев Ю.Н., Степанов А.Н., Тихомиров А.Б., Тихомиров Б.А. Поглощение фемтосекундного излучения Ti:Sa-лазера атмосферным воздухом и водяным паром // Оптика атмосф. и океана. 2006. Т. 19, № 8. С. 677–682.
28. Зворыкин В.Д., Ионин А.А., Кудряшов С.И., Пономарев Ю.Н., Селезнев Л.В., Синицын Д.В., Тихомиров Б.А. Нелинейное поглощение УФ фемтосекундных лазерных импульсов в аргоне // Письма в ЖЭТФ. 2008. Т. 88, вып. 1. С. 10–13.
29. Ionin A.A., Kudryashov S.I., Ponomarev Yu.N., Seleznev L.V., Sinitsyn D.V., Tikhomirov B.A., Tikhov A.A., Zvorykin V.D. Absorption and ionization of molecular nitrogen by UV femtosecond laser pulses // Opt. Commun. 2009. V. 282, N 1. P. 45–47.
30. Киселев А.М., Пономарев Ю.Н., Степанов А.Н., Тихомиров А.Б., Тихомиров Б.А. Нелинейное поглощение фемтосекундных лазерных импульсов (800 нм) атмосферным воздухом и водяным паром // Квант. электрон. 2011. Т. 41, № 11. С. 976–979.
31. Куряк А.Н., Макогон М.М., Пономарев Ю.Н., Тихомиров Б.А. Оптико-акустические измерения поглощения УФ (266 нм) лазерных импульсов в смесях водяного пара с азотом // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 8. С. 705–708.
32. Протасевич А.Е., Тихомиров Б.А. Форма оптико-акустического сигнала при многофотонном поглощении гауссовых лазерных импульсов // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 4. С. 328–330.
33. Kirsanov A.V., Kiselev A.M., Ponomarev Yu.N., Stepanov A.N., Tikhomirov A.B., Tikhomirov B.A. Nonlinear absorption of power femtosecond radiation by molecular gases and air // XV Int. Symp. «HighRus»: Abstracts. Tomsk: SB RAS, 2006. P. 56.