Том 32, номер 11, статья № 3
pdf Романовский О. А., Садовников С. А., Харченко О. В., Яковлев С. В. Дистанционный анализ содержания метана в атмосфере ИК-лидарной системой дифференциального поглощения в спектральном диапазоне 3300–3430 нм. // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 11. С. 896–901. DOI: 10.15372/AOO20191103.Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:
Разработана лидарная система дифференциального поглощения на основе параметрических генераторов света, позволяющих перестраивать лазерное излучение в ИК-диапазоне длин волн. Проведены эксперименты по дистанционному мониторингу содержания метана на приземной горизонтальной трассе зондирования в спектральном диапазоне 3300–3430 нм. На основе результатов измерений восстановлены концентрации CH4 вдоль трассы длиной 800 м в исследуемом диапазоне с пространственным разрешением 100 м.
Ключевые слова:
лидар, инфракрасный диапазон, параметрическая генерация света, дифференциальное поглощение, метан
Иллюстрации:
Список литературы:
1. Reghunath A.T., Malhotra P., Kumar Y., Bhushan B. Design of a tunable mid-IR OPO source for DIAL detection of trace gases // Proc. SPIE. 2006. V. 6409. P. 64091B-1–11. URL: https://doi.org/10.1117/12.697916 (last access: 2.08.2019).
2. Douglass K.O., Maxwell S.E., Plusquellic D.F., Hodges J.T., van Zee R.D., Samarov D.V., Whetstone J.R. Construction of a high power OPO laser system for differrential absorption LIDAR // Proc. SPIE. 2011. V. 8159. P. 81590D-1–9. URL: https://doi.org/10.1117/12.894089 (last access: 2.08.2019).
3. Barrientos-Barria J., Dherbecourt J., Raybaut M., Godard A., Melkonian J.M., Lefebvre M.H., Faure B., Souhaite G. 3.3–3.7 mm Nested cavity OPO pumped by an amplified micro-laser for portable DIAL // 2013 Conf. on Lasers & Electro-Optics Europe & Intern. Quantum Electronics Conf. DOI: 10.1109/CLEOE-IQEC.2013.6800859.
4. Amoruso S., Amodeo A., Armenante M., Boselli A., Mona L., Pandolfi M., Pappalardo G., Velotta R., Spinelli N., Wang X. Development of a tunable IR lidar system // Optics and Lasers in Engineering. 2002. V. 37, N 5. P. 521–532. URL: https://doi.org/10.1016/S0143-8166(01)00115-4 (last access: 2.08.2019).
5. Айрапетян В.С. Измерение спектров поглощения атмосферного метана лидарным комплексом с перестройкой длины волны излучения в диапазоне 1,41–4,24 мкм // Журн. прикладной спектроскопии. 2009. Т. 76, № 2. С. 285–290.
6. Айрапетян В.С. Параметрический генератор света с плавной и(или) дискретной перестройкой частоты излучения // Оптика атмосф. и океана. 2008. Т. 21, № 10. С. 906–909.
7. Amediek A., Fix A., Wirth M., Ehret G. Development of an OPO system at 1.57 mm for integrated path DIAL measurement of atmospheric carbon dioxide // Appl. Phys. B. 2008. V. 92, N 2. P. 295–302. URL: https://doi.org/10.1007/s00340-008-3075-6 (last access: 2.08.2019).
8. Barrientos-Barria J., Dobroc A.A., Coudert-Alteirac H., Raybaut M., Cezard N., Dherbecourt J.-P., Faure B., Souhaité G., Melkonian J.-M., Godard A., Lefebvre M., Pelon J. 3.3–3.7 mm OPO/OPA optical source for multi-species 200 m range integrated path differential absorption lidar // Applications of lasers for sensing and free space communications. Opt. Soc Am. (2013). URL: https://doi.org/10.1364/LSC.2013.LTh1B.4.
9. Mammez D., Cadiou E., Dherbecourt J.-P., Raybaut M., Melkonian J.-M., Godard A., Gorju G., Pelon J., Lefebvre M. Multispecies transmitter for DIAL sensing of atmospheric water vapour, methane and carbon dioxide in the 2 mm region // Proc. SPIE. 2015. V. 9645. P. 964507-1–9. URL: https://doi.org/10.1117/12.2194754 (last access: 2.08.2019).
10. Robinson I., Jack J.W., Rae C.F., Moncrieff J.B. Development of a laser for differential absorption lidar measurement of atmospheric carbon dioxide // Proc. SPIE. 2014. V. 9246. P. 92460U-1–6. URL: https://doi.org/10.1117/12.2068023 (last access: 2.07.2019).
11. Robinson I., Jack J.W., Rae C.F., Moncrieff J.B. A robust optical parametric oscillator and receiver telescope for differential absorption lidar of greenhouse gases // Proc. SPIE. 2015. V. 9645. P. 96450U-1–7. URL: https: //doi.org/10.1117/12.2197251 (last access: 2.07.2019).
12. Mitev V., Babichenko S., Borelli R., Fiorani L., Grigorov I., Nuvoli M., Palucci A., Pistilli M., Puiu Ad., Rebane O., Santoro S. Lidar extinction measurement in the mid-infrared // Proc. SPIE. 2014. V. 9292. P. 92923W-1–4. URL: https://doi.org/10.1117/12.2075832 (last access: 2.07.2019).
13. Mid-infrared light hydrocarbon dial lidar: Patent number 5250810. USA, G 01 N 21/35. Geiger A.R.; Filed 23.04.1992; Publication Date 05.10.1993.
14. Multi-sensors and differential absorption LIDAR data fusion: Patent number 7411196. USA, G 01 S 17/02. Kalayeh H.M.; Filed 18.07.2006; Publication Date 22.02.2007.
15. Method and apparatus for wavelength locking free optical frequency comb based differential absorption Lidar: Patent number 8541744. USA, G 01 S 17/10. Liu J.; Filed 9.03.2013; Publication Date 24.09.2013.
16. High-energy, broadband, rapid tuning frequency converter: Patent number 8837538. USA, H 01 S 3/0092. Foltynowicz R. Filed 26.09.2012; Publication Date 31.01.2013.
17. Айрапетян В.С. Лазерное дистанционное зондирование взрывчатых веществ методом дифференциального поглощения и рассеяния // Журн. прикладной спектроскопии. 2017. Т. 84, № 6. С. 987–992.
18. Ayrapetyan V.S., Fomin P.A. Laser detection of explosives based on differential absorption and scattering // Opt. Laser Technol. 2018. V. 106. P. 202–208. URL: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2018.04.001 (last access: 2.07.2019).
19. Veerabuthiran S., Razdan A.K., Jindal M.K. et al. Development of 3.0–3.45 mm OPO laser based range resolved and hard-target differential absorption lidar for sensing of atmospheric methane // Opt. Laser Technol. 2015. V. 73. P. 1–5. URL: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2015.04.007 (last access: 2.07.2019).
20. 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 // Proc. SPIE. 2013. V. 8894. P. 88940S-1–13. URL: https://doi.org/10.1117/12.2028374 (last access: 2.07.2019).
21. Cadiou E., Mammez D., Dherbecourt J.-B., Gorju G., Pelon J., Melkonian J.-M., Godard A., Raybaut M. Atmospheric boundary layer CO2 remote sensing with a direct detection LIDAR instrument based on a widely tunable optical parametric source // Opt. Lett. 2017. V. 42, N 5. P. 4044–4047. URL: https://doi.org/10.1364/OL.42.004044 (last access: 2.07.2019).
22. Shibata Y., Nagasawa C., Abo M. Development of 1.6 mm DIAL using an OPG/OPA transmitter for measuring atmospheric CO2 concentration profiles // Appl. Opt. 2017. V. 56, N 4. P. 1194–1201. URL: https://doi.org/10.1364/AO.56.001194 (last access: 2.07.2019).
23. Романовский О.А., Садовников С.А., Харченко О.В., Яковлев С.В. Широкодиапазонный ИК-лидар для газоанализа атмосферы // Журн. прикладной спектроскопии. 2018. Т. 85, № 3. С. 448–453.
24. Матвиенко Г.Г., Романовский О.А., Садовников С.А., Суханов А.Я., Харченко О.В., Яковлев С.В. Параметрический генератор света в задачах зондирования газовых составляющих атмосферы в спектральном диапазоне 3–4 мкм // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 7. С. 598–604. DOI: 10.15372/AOO20170708.
25. 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 // Оптич. журн. 2017. Т. 84, № 6. С. 58–65.
26. Romanovskii O.A., Sadovnikov S.A., Kharchenko O.V., Yakovlev S.V. Development of Near/Mid IR differential absorption OPO lidar system for sensing of atmospheric gases // Opt. Laser Technol. 2019. V. 116. P. 43–47. URL: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2019.03.011 (last access: 2.08.2019).
27. Romanovskii O.A., Sadovnikov S.A., Kharchenko O.V., Yakovlev S.V. Near/mid-IR OPO lidar system for gas analysis of the atmosphere: simulation and measurement results // Optical Memory & Neural Networks (Inform. Opt.). 2019. V. 28, N 1. P. 1–10. DOI: 10.3103/S1060992X19010053.
28. Gordon I.E., Rothman L.S., Hill C., Kochanov R.V., Tan Y., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Campargue A., Chance K.V., Drouin B.J., Flaud J.-M., Gamache R.R., Hodges J.T., Jacquemart D., Perevalov V.I., Perrin A., Shine K.P., Smith M.-A.H., Tennyson J., Toon G.C., Tran H., Tyuterev V.G., Barbe A., Császár A.G., Devi V.M., Furtenbacher T., Harrison J.J., Hartmann J.-M., Jolly A., Johnson T.J., Karman T., Kleiner I., Kyuberis A.A., Loos J., Lyulin O.M., Massie S.T., Mikhailenko S.N., Moazzen-Ahmadi N., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Nikitin A.V., Polyansky O.L., Rey M., Rotger M., Sharpe S.W., Sung K., Starikova E., Tashkun S.A., Auwera J. Vander, Wagner G., Wilzewski J., Wcisło P., Yu S., Zak E.J. The HITRAN2016 Molecular Spectroscopic Database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2017. V. 203. P. 3–69. URL: https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2017.06.038 (last access: 2.08.2019).
29. URL: http://lop.iao.ru/EN/tor/gas/ (last access: 1.02.2019).
30. Давыдов Д.К., Белан Б.Д., Антохин П.Н., Антохина О.Ю., Антонович В.В., Аршинова В.Г., Аршинов М.Ю., Ахлестин А.Ю., Белан С.Б., Дудорова Н.В., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Пестунов Д.А., Рассказчикова Т.М., Савкин Д.Е., Симоненков Д.В., Скляднева Т.К., Толмачев Г.Н., Фазлиев А.З., Фофонов А.В. Мониторинг атмосферных параметров: 25 лет TOR-станции ИОА СО РАН // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 10. С. 845–853. DOI: 10.15372/AOO20181011.