Мобильный двухчастотный NH3 – CO2 лидар для мониторинга атмосферы в диапазоне 9–13,5 Мкм

Разработка конструкции, расчет оптических элементов и создание основных узлов мобильного двухчастотного NH3–СО2 лидара в спектральной области 9–13,5 мкм, размещаемого в салоне грузопассажирского автомобиля. Увеличение длительности лазерного излучения.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид автореферат
Язык русский
Дата добавления 31.03.2018
Размер файла 3,5 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Специальность - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

на тему: Мобильный двухчастотный NH3 - CO2 лидар для мониторинга атмосферы в диапазоне 9-13,5 Мкм

Выполнил:

Нгуен Тху Кам

Долгопрудный - 2007

Диссертация выполнена на кафедре «Общая физика» ГОУ ВПО «Московский физико-технический институт » (государственный университет).

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Васильев Борис Иванович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук Бужинский Олег Игоревич, кандидат технических наук Куценко Андрей Варфоломеевич, ФИАН.

Ведущая организация: Центральная аэрологическая обсерватория ГОСГИДРОМЕТ, г. Долгопрудный.

Защита диссертации состоится «7» ноября 2007 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.141.19 при Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, МГТУ им. Н.Э. Баумана.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью организации, просим направлять по адресу 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, МГТУ им. Н.Э. Баумана, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.141.19.

Автореферат разослан «____» ____________ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н. Е.В. Бурый.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В последнее время, как в России, так и за ее пределами все больше внимания уделяется экологическим проблемам. Одним из направлений этой деятельности является постоянная проверка состояния атмосферы Земли. Основными причинами ухудшающими это состояние являются выбросы промышленными предприятиями в атмосферу вредных веществ, таких как фреоны (фтор-, хлор-углеводороды), разрушающие озоновый слой Земли, образующиеся в результате сжигания мусора диоксины (вещества, вредно действующие на здоровье человека) и ряд других веществ. Оперативное обнаружение источников загрязнения атмосферы на обширной территории представляет собой сложную техническую задачу, которая может быть эффективно решена только с помощью мобильных устройств дистанционного контроля химического состава атмосферы. Появление лазеров позволило создать такие устройства наземного, воздушного и космического базирования.

Сразу же с момента создания лазеров начались исследования в области их применения для мониторинга атмосферы. К настоящему времени известно большое число лазерных систем, так называемых лидаров, в основе действия которых лежат различные механизмы взаимодействия лазерного излучения с газовой средой. Решать проблему мониторинга атмосферы наиболее эффективно позволяют лидары, основанные на принципе двухчастотной абсорбционной спектроскопии. Метод двухчастотной абсорбционной спектроскопии предполагает измерение ослабления в атмосфере лазерного излучения с двумя длинами волн. Одна из длин волн - перестраиваемая - должна совпадать с линией поглощения молекулы примеси (сигнальный луч). Излучение с другой неизменяемой длиной волны, отстроенной от линии поглощения молекул (опорный луч), позволяет учесть влияние рассеяния излучения в атмосфере. Измеренное дифференциальное поглощение излучения несет информацию о концентрации контролируемой примеси в атмосфере. Полученные с помощью компьютерной системы регистрации спектральные зависимости поглощения примеси сравниваются со «спектральными портретами» молекул, хранящимися в памяти компьютера, и таким образом определяется характер и концентрация примеси.

Наиболее важным спектральным диапазоном для лазерного мониторинга атмосферы является средний инфракрасный диапазон поскольку в этом диапазоне лежит «окна прозрачности» 8-14 мкм а также в это диапазон попадают излучение и СО2-лазера (9-11 мкм), и NH3 лазера (11-13,3 мкм), которые могут использоваться в качестве источника лазерного излучения лидаров.

Таким образом, разработка мобильных (размещаемых в салоне грузопассажирского автомобиля) двухчастотных лидарных систем в широком спектральном диапазоне 9-13,5 мкм, в котором сосредоточены спектры поглощения многих экологически вредных веществ, является весьма актуальной задачей.

Цели и задачи работы.

Целью настоящей работы является разработка конструкции, расчет оптических элементов и создание основных узлов мобильного двухчастотного NH3-СО2 лидара в спектральной области 9-13,5 мкм, размещаемого в салоне грузопассажирского автомобиля

Для достижения сформулированной цели ставятся следующие основные задачи:

1. На основе CO2 лазера и NH3 лазера создается эффективная и компактная конфигурация мобильного двухчастотного лидара

2. Создан импульсный высоковольтный источника для питания электроразрядного CO2 лазера, питающегося от бортовой сети автомобиля

3. Исследование оптической схемы излучателя мобильного NH3 - CO2 лидара, обеспечивающей плавную и стабильную перестройку в спектральной области 9-13,5 мкм.

4. Расчет приемной оптики, имеющей высокое разрешение и высокое качественное изображение

Научная новизна.

В диссертации впервые:

1. Разработана и опробована схема импульсного высоковольтного источника питания электроразрядного CO2 лазера, питающегося от бортовой сети автомобиля.

2. Предложена и исследована оптическая схема излучателя мобильного NH3-CO2 лидара, перестраиваемого в спектральной области 9-13,5 мкм, в которой имеются только два подвижных элемента, осуществляющие перестройку измерительной частоты лазеров. Изменение частоты опорного излучения производится за счет введения клиновидной просветленной пластинки из Ge. Такая схема делает излучатель более надежным при работе в полевых условиях.

3. Разработана и рассчитана трехканальная система приемного тракта, состоящая из приемного телескопа Кассегрена и трех фотоприемников, два из которых настроены на определенную длину волны, а третий работает во всем диапазоне 9-13,5 мкм. Эта система позволяет упростить обработку полученных результатов во всем спектральном диапазоне работы лидара.

4. Теоретически рассмотрены пути увеличения длительности NH3 лазерного излучения лидара до ~ 1мс при возбуждении аммиака излучением непрерывного СО2 лазера при подстройке линии поглощения NH3 под линию излучения СО2 лазера с помощью эффекта Зеемана. Показано, что для достижения этой цели необходимо магнитное поле индукцией ~ 1 Тл.

Основные положение, выносимые на защиту.

1. Сочетание NH3 и CO2 лазеров позволяет создать мобильный двухчастотный лидар для мониторинга атмосферы в спектральном диапазоне 9-13,5 мкм, размещенный на автомобильном шасси, причем все энергопотребляющие компоненты лидара питаются от бортовой электросети автомобиля.

2. Специально разработанные электрические схемы высоковольтного импульсного источника питания СО2 лазера, подключенного к бортовой сети автомобиля, обеспечивают энергетический запас в конденсаторной батарее до 500 Дж при напряжении до 100 кВ и частоте повторения импульсов до 0,1 Гц, что позволяет получить лазерное излучение с энергией в импульсе до 15 Дж.

3. Предложенная оптическая схема излучателя лидара с минимальным количеством подвижных резонаторных элементов, изменяющих частоту генерации лазеров, обеспечивает более надежную работу комплекса.

4. Разработанная трехканальная оптическая схема приемного тракта позволяет упростить процесс получения и обработки результатов мобильным двухчастотным NH3-CO2 лидаром.

Практическая ценность.

Практическая значимость результатов работы состоит в том, что в ней доказано, что сочетание импульсного электроразрядного CO2 лазера и NH3 лазера с оптической накачкой излучением CO2 лазера позволяет создать мобильный двухчастотный лидарный комплекс в спектральном диапазоне 9-13,5 мкм, который может размещаться в салоне грузопассажирского автомобиля.

Достоверность результатов определяется тем, что все они получены при использовании современных методов проведения экспериментов и теоретических расчетов: спектрального анализа, импульсной осциллографии, математического анализа, компьютерных методик и др.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на следующих международных и всероссийских конференциях:

1. XLIX научная конференция МФТИ, 24-25 ноября 2006 года;

2. XLIII всероссийская конференция по проблемам математики, информатики, физики и химии университета Дружбы народов им. Патриса Лумумбы, 23-27 апреля 2007 года.

Публикации.

По результатам исследований опубликовано 2 печатные работы, список публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводы, литературы и приложения. Объем диссертации 149 страниц текста, включает 60 рисунков, 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи, научная новизна, практическое значение и также даны основные положение, выдвигаемые на защиту

Во первой главе приведен обзорный характер и состоит из трех раздела. В разделе 1.1 рассмотрены процессы, протекающие при взаимодействии лазерного излучения с веществом и основы метода дистанционного зондирования. В разделе 1.2 анализируется лидарное уравнение для рассеяния и определения концентрации поглощающей микрокомпоненты. В разделе 1.3 изложены принцип работы лидаров дифференциального поглощения и рассеяния и также их применения.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Во второй главе приведены особенности построения основных компонентов мобильного двухчастотного NH3-CO2 лидара. Эта глава состоит из шести разделов. В разделе 2.1 приведены состав и принцип работы лидара. Как правило, основными элементами мобильного двухчастотного лидара (рис. 1) являются источник двухчастотного лазерного излучения с оптической системой формирования выходного пучка, приемная оптика со спектроанализатором и фотодетекторами, система управления и обработки информации, система наведения устройства на исследуемый объект.

Лазерный пучок определенного спектрального состава направляется на объект исследования. В результате резонансного поглощения лазерного излучения молекулами исследуемого вещества спектральный состав излучения меняется. Эти изменения регистрируются приемным устройством, и с помощью компьютерных технологий путем сопоставления полученных результатов со "спектральными портретами" молекул, хранящимися в памяти компьютера, определяется состав и концентрации обнаруженных веществ.

В разделе 2.2 на основе сочетания CO2 и NH3 лазеров создан излучатель мобильного двухчастотного лидара. В нашей работе использовался импульсный ТЕА СО2-лазер с источником ультрафиолетовой предионизации, который располагался под сетчатым катодом. Активной средой этого лазера являлась смесь углекислого газа, азота и гелия в соотношении 1:1:8 при давлении 0,8 атм. Максимальная энергия излучения лазера достигала 15 Дж. Перестройка частоты генерации осуществлялась дифракционной решеткой (100 штрих/ мм и угол между нормалью к решетке и нормалью к плоскости штриха 300). Поперечное сечение пучка составляло 20 см2. На рис. 2 и рис. 3 приведены его временные и спектральные характеристики

Поскольку лидара построен на автомобильном шасси поэтому для питания ТЕА-СО2 лазера необходимо разработать источники питания, питающиеся от внутренней аккумуляторной батареи. Такой источник состоит из двух частей - генератора импульсов напряжения (ГИН) и источника постоянного напряжения (ИПН). На рис. 4 показана схема генератора импульсов напряжения (ГИН), жирными линиями обозначены малоиндуктивные соединения, выполненные в виде металлических шин, обеспечивающих длительность разряда в CO2 кювете ~ 5 мкс.

Для питания ГИНа необходимо ИПН напряжением до 50 кВ. Обычная трансформаторная схема ИПН с питанием от сети 220 В и преобразователем 12/220 представляется неудачной, поскольку она как правило обладает значительной массой, большими размерами и низким КПД. В разработанном нами ИПН в качестве повышающего трансформатора используются две катушки зажигания (КЗ) от автомобиля ВАЗ-2108, включенные навстречу друг другу (рис. 5). Коммутатором катушек является транзистор КТ 8231 А1, управляемый генератором импульсов на базе микросхемы КР1006 ВИ1. Как показали наши эксперименты, оптимальная частота управляющего генератора ? 200Гц. Для увеличения мощности ИПН выходной каскад задублирован. В ИПН регулировка и стабилизация выходного напряжения осуществляется с помощью схемы сравнения части выходного напряжения с определенным изменяемым напряжением на основе микросхемы MAX 903. Питание ИПН осуществляется внутренним необслуживаемым свинцовым аккумулятором 12 В типа CA1270 (12 В, 7 Ач) фирмы Сhee yuen industrial co., ltd.

Рис. 4. Принципиальная схема генератора импульсов напряжения (ГИН).

Рис. 5. Принципиальная схема источника постоянного напряжения

В этом разделе также выполнено рассмотрение различных схем разработанного мощного NH3 лазера с резонансной оптической накачкой, присущих к настоящему времени в мире, на основе анализа их достоинства и недостатка выбрана подходящая схема для создания излучателя лидара. На рис. 6 приведена форма импульса генерации NH3 лазера при давлении 2,5 мм.рт.ст и энергии накачки 3,5 Дж а на рис. 7 показан его спектр излучения.

Для увеличения дальности действия лидара используется формирователь, являющийся обращенной телескопической системой или Кеплера, или Галилея. Использование формирователя позволяет при оптимальной атмосфере увеличить дальнодействие прибора до 8 км при энергиях излучателя ~ 1 Дж.

Рис. 8. Блок управления

В разделе 2.3 на основе рассмотрения различных оптических элементов создана приемная часть, состоящая из трех канала, два из которых используются для выделения опорных частот и третий канал для выделения остального излучения в диапазоне 9-13,5 мкм.

В разделе 2.4 описана система управления и обработки информации. Функции этой системы следующие (рис. 8):

– управление режимом работы лидара,

– управление частотой зондирующего излучения лазеров излучателя,

– измерение энергии излучения в выходящем и принимаемом пучках,

– обработка результатов - получение спектральных характеристик атмосферы и определение наличия и концентрации примесей по имеющимся в памяти компьютера «спектральным портретам» молекул,

– управление системой наведения лидара на исследуемый объект.

Основой системы наведения является персональный компьютер типа IBM PC. К системе регистрации относятся также три пары фотоприемников. Первые три измеряют пришедшее излучение на трех длинах волн (9,22мкм, 10,6 мкм, 9-13,5 мкм), вторая тройка служит для измерения ушедшего излучения на этих длинах волн. Аналоговые сигналы с фотоприемников преобразуются АЦП в цифровой код, а затем обрабатываются компьютером.

В разделе 2.5 описана система наведения устройства на исследуемый объект. Эта система решает два задачи: обеспечение с одной стороны доставку лазерного излучения в нужную область пространства и создание условия для получения рассеянно-отраженного излучения фотоприемниками. Управление работой этой системы осуществляется компьютером с помощью видеокамеры.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис 9. Газоваккумная система мобильного двухчастотного лидара

В разделе 2.7 описана газовакуумная система, использующаяся для обеспечения кювет лазеров необходимыми газами, а также для периодического профилактического обновления газового состава (рис. 9). Эта система должна осуществить откачку лазерных кювет до давления не выше 3.10-2 мм рт.ст., наполнить кюветы рабочими газами и обеспечить разрядники азотом под давлением до 2,5 атм. При ее создании нужно было решить вопрос о форвакуумном насосе - необходимо было совместить стандартный насос 2НВР-5Д с двигателем, питающимся от 12 В источника. Для этой цели мы использовали стартер от автомобиля ВАЗ-2109, у которого для увеличения срока службы подшипники скольжения были заменены подшипниками качения. В результате при работе системы откачки в течение 5 минут (откачка всей лидарной газовакуумной системы от давления 1атм. до давления 10-2 мм рт.ст.) форвакуумный насос потребил от аккумулятора 500 кДж электроэнергии.

В третьей главе выполнены расчет и проектирование приемной части NH3-CO2 лидара. Как показано на рис. 10 приемная часть состоит из объектива Кассегрена, трёх оптических каналов и фотоприёмников HgCdTe. Поскольку каждый оптический канал эквивалентен оборачивающей системе поэтому задача расчета приемной части может разделиться на две независимые задачи: мобильный лидар лазерное излучение

– расчет телескопа без окуляра, состоящего из объектива Кассегрена, оборачивающей системы и конденсора

– расчет интерференционных фильтров

Рис. 10. Трёхканальная схема приемной оптики мобильного двухчастотного лидара

Для упрощения процесса вычисления в приемной части мы использовали три одинаковых оборачивающей системы с увеличением в = -1 тогда решение первой задачи распадется на четыре шага:

– расчет конструктивных параметров объектива Кассегрена и его аберрации;

– на основе остаточной аберрации объектива Кассегрена расчет конструктивных параметров оборачивающей системы, величина аберрации которой компенсирует аберрацию объектива Кассегрена,

– расчет реальной аберрации и коррекция аберрации компонентов оборачивающей системы;

– расчет конструктивных параметров конденсора.

Решение второй задачи определяет конструктивные параметры интерференционных фильтров: диаметр, толщину, материал подложки, количество и материалы слоев покрытия.

Рис. 11. Интерфейс программы для расчета приемной оптики лидара

Для расчета компонентов приемной части, например объективов Кассегрена, компонентов оборачивающей системы… можно использовать известные программы проектирования оптических систем как ОПАЛ, CODE V, OSLO, ZEMAX.. однако с целью упростить процесс вычисление и уменьшить время для проектирования мы создали специальную программу для расчета приемной оптики мобильного двухчастотного лидара. Эта программа написана на языке программирования - Visible basic и удобна для разработчика. Вводимые данные для объектива Кассегрена представляют собой: фокусное расстояние, угол зрения поля, коэффициент экранирования, расстояние от главного зеркал до фокуса и относительное отверстие. Вводимые данные для компонентов оборачивающей системы представляют собой расстояние между ними, коэффициент преломления линз. Вводимые данные для конденсора и интерференционных фильтров представляют собой: диаметр чувствительной площади фотоприёмников и коэффициент преломления конденсора и интерференционных фильтров. Результат вычисления представляет собой все конструктивные параметры приемной оптики и значения аберрации ее компонентов. Интерфейс программы приведен на рис. 11.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 12. Принципиальная блок-схема мобильного двухчастотного лидара

В четвертой главе приведены параметры мобильного двухчастотного NH3-CO2 лидара. На рис. 12 показана электрическая блок-схема лидара, она состоит из семи главных компонентов:

- персонального компьютера (РС)

- высоковольтного блока (ВВ) СО2 лазера

- блока перестройки частот лазеров (ПЧ)

- системы наведения устройства на исследуемый объект (СН)

- форвакуумного насоса газовакуумной системы (ФН)

- фотоприемников

- видеокамеры

Все эти компоненты питаются от бортовой сети автомобиля. Кроме форвакуумного насоса газовакуумной системы, управление работой всех остальных компонентов осуществляется с помощью персонального компьютера. Связь между отдельными компонентами и компьютером осуществляется с помощью специально разработанной платы NVL8, включающей в себя 8 каналов АЦП и 4 канала ЦАП, она также способна выводить 8 разрядное двоичное число, записанное по определенному адресу. Последнее обстоятельство было использовано для создания системы компьютерного управления двигателями как системы перестройки частоты генерации лазеров, так и двигателями для системы наведения лидарного комплекса на цель. Шесть АЦП были подключены к ИК фотоприемникам и служили для ввода информации об энергетических параметрах излучения на выходе и входе в лидарный комплекс.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 13. Оптическая схема лазерного излучателя лилара

л1 - Опорные пучки (9,22 и 10,6 мкм); л2 - измерительный пучок (9-10 и 10-11 мкм); л3 - измерительный пучок (11-13,5 мкм)

Как правило, при создании лазерного излучателя лидара особое внимание необходимо уделять вопросу пространственного и временного совмещения двух разных по частоте лазерных пучков. На рис. 13 приведена оптическая схема излучателя NH3-CO2 лидара. Излучатель лидара работает в трех режимах: 1) 9-10 мкм, опорное излучение -10,6 мкм, 2) 10-11 мкм, опорное излучение -9,22 мкм, 3) 11-13,5 мкм, опорное излучение -9,22 мкм.

В третьем режиме резонатор СО2 лазера образован зеркалом M1 и решеткой G1. Решетка G1 ТЕА-СО2 лазера неподвижна и постоянно настроена на линию 9R(30) (л = 9,22 мкм). При отсутствии полупрозрачного зеркала М2 и клиновидной пластинки К лидар работает с измерительной частотой, меняющийся в диапазоне 11-13,5 мкм, и опорной частотой, являющейся неиспользуемой частью излучения накачки (9,22 мкм). Поскольку NH3 лазер преобразует ~ 50% от входящей в кювету с аммиаком энергии СО2 лазера, то остальная часть излучения накачки используется в качестве опорного излучения лидара. Перестройка частот в диапазоне 11-13,5 мкм осуществляется вращением зеркала М5.

Переключение режима работы лидара с режима 3 в режим 1 или 2 осуществляется путем введения полупрозрачного зеркала М2. В этом случае в качестве полупрозрачного зеркала резонатора СО2 лазера используется аналог интерферометра Майкельсона, состоящий из двух дифракционных решеток G1 и G2 и полупрозрачной пластины М2, причем G1 настроена на длину волны 9,22 мкм, а перестройка частот в диапазоне 9-11 мкм осуществляется вращением дифракционной решетки G2. Для перехода опорного излучения с частоты 9,22 мкм на частоту 10,6 мкм (переключение режима 2 на режим 1) используется клиновидная пластинка К.

Рис. 14. Спектр излучения мобильного двухчастотного лидара

В качестве полупрозрачного зеркала M2 используется плоскопараллельная пластинка толщиной 1 мм, а в качестве пластинки К используется оптический клин с углом при вершине 44'12”. Материалом для изготовления обеих пластинок является германий.

Спектр излучения мобильного двухчастотного лидара состоит из спектра генерации ТЕА-СО2 лазера, покрывающего диапазон 9-11 мкм, и спектра генерации NН3 лазера, перекрывающего диапазон 11-13,5 мкм. На рис. 14 показан полный спектр зондирующей части излучения мобильного двухчастотного лидара. Поскольку излучатель лидара организован по схеме рис. 13 (в качестве выходного зеркала используется аналог интерферометра Майкельсона), энергия двухчастотного излучения СО2 лазера значительно уменьшилась и на максимальной линии 10Р(20) достигала 2,5 Дж.

В таблице 1. приведены основные технические характеристики мобильного двухчастотного NН3-СО2 лидара а на рис. 15 показан его общий вид со снятым кожухом и без приемной части и компьютера.

Таблица 1 Основные технические характеристики NН3-СО2 лидара

Характеристики излучения 9-11 мкм

Источник TEA-СО2 лазер

Частота первого опорного излучения 1084,60 см-19R30 (9, 22 мкм)

Частота второго опорного излучения 943,40 см-1 10Р20 (10,6 мкм)

Частота зондирующего излучения 920 см-1 ч 1090 см-1

Энергия излучения в импульсе накачки ~ 10 Дж

Энергия излучения в импульсе зондирования ~1 Дж

Длительность излучения импульса зондирования 0,2…2 мкс

Характеристики излучения 11-13,5 мкм

Источник NН3 -N2 лазер

Частота излучения 745 ч 928 см-1

Энергия излучения в импульсе зондирования до 1,5 Дж

Длительность излучения импульса зондирования 1…2 мкс

Характеристики приемо-передающей системы

Диаметр приемного зеркала 40 см

Фокусное расстояние 1 м

Чувствительность ИК детектора: не хуже 9Ч1010 смГц1/2/Вт

Спектральное разрешение не хуже 0,5 см-1

Общие характеристики лидара

Габариты прибора: 2Ч1,5x1 м

Вес прибора: не более 300 кГ

Потребляемая энергия от автомобильного аккумулятора (12 В) за цикл: не более 30 Вт.час ?100 кДж

Дальность зондирования (в зависимости от состояния атмосферы): 1ч5 км

В пятой главе выполнен расчет расщепления колебательно-вращательных линий полосы н2 молекулы 14NH3 в сильном магнитном поле. Это полезно для ряда практических случаев когда нужны лидары, лазерные излучатели которых работают либо в непрерывном режиме, либо в режиме импульсов миллисекундной длительности. Как правило, при создании непрерывного NH3 лазера возникают проблемы, связанные со сдвигом максимума линии поглощения NH3 относительно линии излучения СО2 лазера. Компенсировать такой сдвиг можно, поместив кювету с аммиаком в сильное продольное магнитное поле, т.е. использовать продольный эффект Зеемана. Рассчитанное индуктивное значение магнитного поля примерно 1Тл. Таким образом, использование продольного магнитного поля индукцией ~ 1Тл позволит компенсировать разность частот линии поглощения аммиака и линии излучения СО2 лазера и получить непрерывную генерацию в спектральном диапазоне 11-13,5 мкм.

Размещено на http://www.allbest.ru/

с

В ЗАКЛЮЧЕНИИ СФОРМУЛИРОВАНЫ ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Доказано, что сочетание импульсного электроразрядного CO2 лазера и NH3 лазера с оптической накачкой излучением CO2 лазера позволяет создать мобильный двухчастотный лидарный комплекс, который может размещаться на шасси грузо-легкового автомобиля.

2. Впервые разработана и опробована схема импульсного высоковольтного источника питания электроразрядного CO2 лазера, питающегося от бортовой сети автомобиля. Впервые предложена и исследована оптическая схема излучателя мобильного NH3 - CO2 лидара, перестраиваемого в спектральной области 9-13,5 мкм, в которой имеются только два подвижных элемента, осуществляющие перестройку измерительной частоты лазеров. Изменение частоты опорного излучения производится за счет введения клиновидной просветленной пластинки из Ge. Такая схема делает излучатель более надежным в работе в полевых условиях.

3. Разработана и рассчитана трехканальная система приемного тракта, состоящая из приемного телескопа Кассегрена и трех фотоприемников, два из которых настроены на определенную длину волны (9,22 мкм и 10,6 мкм), а третий работает во всем диапазоне 9-13,5 мкм. Эта система позволяет упростить обработку полученных результатов во всем спектральном диапазоне работы лидара. Разработана и изготовлена газовакуумная система, позволяющая откачать кюветы NH3 и CO2 лазеров до давления 10-2 мм рт. ст. и наполнять их активными газами до давления вплоть до 1 атм. и питающаяся от аккумуляторной батареи автомобиля.

4. Теоретически рассмотрены пути увеличения длительности NH3 лазерного излучения лидара до ~ 1мс при возбуждении аммиака излучением непрерывного СО2 лазера при подстройке линии поглощения NH3 под линию излучения СО2 лазера с помощью эффекта Зеемана. Показано, что для достижения этой цели необходимо магнитное поле индукцией ~ 1 Тл

ПУБЛИКАЦИЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Васильев Б.И., Курдоглян М.С., Нгуен Тху Кам. Расчет расщепления колебательно-вращательных линий полосы н2 молекулы 14NH3 в сильном магнитном поле // Труды 49 научной конференции МФТИ. - М., 2006. - С. 77-79.

2. Васильев Б.И., Маннун У.М., Нгуен Тху Кам. Двухчастотный лидар в спектральном диапазоне 9-13,5 мкм для дистанционного обнаружения выбросов вредных веществ в атмосферу // Наукоемкие технологии. - 2007. № 6. - С. 16-25.

3. Васильев Б.И., Нгуен Тху Кам. Особенности мобильного NH3-CO2 лидара для дистанционного мониторинга атмосферы // Тезисы докладов XLIII всероссийской конференции по проблемам математики, информатики, физики и химии. Сер. Химии. - М., 2007. - С. 53.

4. Васильев Б.И., Нгуен Тху Кам, Ситников Г.Г. Высоковольтный источник питания для лазерных комплексов на автомобильном шасси // Приборы и техника эксперимента. - 2007. № 6. - С. 43-48.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Распространение оптических сигналов. Когерентность светового луча. Анализ источников некогерентного излучения. Энергия лазерного излучения. Тепловые и фотоэлектрические приемники излучения. Волоконно-оптическая сеть. Развитие оптических коммуникаций.

    презентация [1,6 M], добавлен 20.10.2014

  • Определение требуемой ширины полосы частот ФП и длительности тактового интервала. Особенности расчета минимальной мощности оптического излучения на входе фотоприемника. Выбор типа транзистора входного каскада усилителя ФПУ. Выбор необходимого фотодиода.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 14.01.2013

  • Исследование устройства мобильного телефона, переносного средства связи, предназначенного преимущественно для голосового общения. Характеристика влияния электромагнитного излучения на эндокринную и сердечнососудистую системы, активность мозга человека.

    реферат [1,5 M], добавлен 18.12.2011

  • Разработка конструкции акустического локатора для автомобиля. Расчет диаметра контактных площадок, ширины проводников. Определение жесткости печатного узла. Характеристика конструкции изделия и её технологический контроль. Расчет теплового режима прибора.

    дипломная работа [2,5 M], добавлен 24.02.2013

  • Аналитический обзор ситуации на современном рынке мобильных приложений. Анализ приложений геолокации с социальным функционалом. Разработка мобильного приложения с интерактивной картой детских площадок под различные платформы или операционные системы.

    реферат [4,2 M], добавлен 25.12.2015

  • Конструкция оптического волокна и расчет количества каналов по магистрали. Выбор топологий волоконно-оптических линий связи, типа и конструкции оптического кабеля, источника оптического излучения. Расчет потерь в линейном тракте и резервной мощности.

    курсовая работа [693,4 K], добавлен 09.02.2011

  • Оптические кабели и разъемы, их конструкции и параметры. Основные разновидности волоконно-оптических кабелей. Классификация приемников оптического излучения. Основные параметры и характеристики полупроводниковых источников оптического излучения.

    курс лекций [6,8 M], добавлен 13.12.2009

  • Методы расчета усилительных каскадов на основе транзисторов. Проектирование усилителя модулятора лазерного излучения. Приобретение конкретных навыков в расчете усилительных каскадов на примере решения конкретной задачи. Расчет широкополосного усилителя.

    курсовая работа [461,3 K], добавлен 23.06.2008

  • Понятие и процесс возникновения вынужденного рассеивания Мандельштама–Бриллюэна (SBS) и вынужденного рамановского рассеивания (SRS). Зависимость порога SBS от спектральной ширины лазерного источника колебаний, параметров волокна и длительности импульса.

    контрольная работа [1,0 M], добавлен 15.05.2011

  • Характеристика требований к линейным сигналам оптических систем передачи. Разработка схемы и расчет основных параметров фотоприемного устройства ВОЛС в диапазоне скоростей передачи 1-10 Гбит/с. Определение минимально необходимого соотношения сигнал-шум.

    курсовая работа [524,7 K], добавлен 24.12.2012

  • Основы построения оптических систем передачи. Источники оптического излучения. Модуляция излучения источников электромагнитных волн оптического диапазона. Фотоприемные устройства оптических систем передачи. Линейные тракты оптических систем передачи.

    контрольная работа [3,7 M], добавлен 13.08.2010

  • Создание первого мобильного телефона. Основные составляющие сотовой сети. Здоровье и мобильный телефон. Гигиеническое нормирование электромагнитного поля, создаваемого элементами системы сотовой радиосвязи в РФ. Советы пользователям сотовых телефонов.

    презентация [392,3 K], добавлен 19.06.2015

  • Разработка схемы видеокамеры для телевидения, позволяющей получать требуемое изображение. Устройство в виде основных функциональных блоков, расчет элементов, определение параметров объектива, световой чувствительности, спектральной характеристики.

    курсовая работа [601,7 K], добавлен 23.06.2009

  • Разработка электронного вольтметра переменного тока действующих значений, обеспечивающий измерение напряжения в заданном диапазоне. Выбор и обоснование схемы прибора. Расчет элементов и узлов прибора. Расчет усилителя. Описание спроектированного прибора.

    курсовая работа [857,4 K], добавлен 27.02.2009

  • Расчет отдельных узлов и основных элементов схемы. Выбор счетчика и эталонного генератора импульсов, синхронизирующего устройства и его элементов. Разработка схемы индикации напряжения управления на основе семисигментных светодиодных индикаторов.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 18.07.2013

  • Классификация навигационных систем; телевизионная, оптическая, индукционная и радиационная системы измерения угловых координат. Системы измерения дальности и скорости, поиска и обнаружения. Разработка и реализация системы навигации мобильного робота.

    дипломная работа [457,8 K], добавлен 10.06.2010

  • Конструкции и поляризационные свойства световодов, дисперсия сигналов оптического излучения. Виды оптических коннекторов и соединительных адаптеров. Принцип работы и структура оптического рефлектометра, его применение для измерения потерь в коннекторах.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 11.11.2012

  • Компоненты узлов оптических систем и их соединение. Сборка и юстировка оптических приборов. Материалы, применяемые для соединения. Оптические клеи и бальзамы. Технология соединения оптических деталей. Подготовка, сортировка и комплектация деталей.

    реферат [24,2 K], добавлен 23.11.2008

  • Измерения при технической эксплуатации волоконно-оптических линий передачи, их виды. Системы автоматического мониторинга волоконно-оптических кабелей. Этапы эффективной локализации места повреждения оптического кабеля. Диагностирование оптических волокон.

    контрольная работа [707,6 K], добавлен 12.08.2013

  • Принципы построения тепловизионных систем мониторинга КС, основные задачи систем такого рода. Анализ состояния современного уровня техники. Требования к тепловизионной системе СП-1. Разработка оптико-электронной схемы канала на основе выбранной камеры.

    дипломная работа [6,5 M], добавлен 24.03.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.