Лазерный мир

Монография «Лидарный спектроскопический газоанализ атмосферы»
С.М.Бобровников, Г.Г.Матвиенко, О.А.Романовский, И.Б.Сериков, А.Я.Суханов
Институт оптики атмосферы им. В.Е.Зуева СО РАН, г.Томск − диплом I степени

Основное внимание в монографии уделено развитию методов и средств лидарного спектроскопического газоанализа атмосферы.
Приведены результаты исследований по разработке и внедрению лидарных технологий дистанционного зондирования максимально доступного количества климатообразующих и экологически значимых компонентов и параметров атмосферы, включая газовые составляющие и метеорологические параметры атмосферы, в расширенном пространственно-временном масштабе для получения, накопления и использования данных в интересах задач исследований изменения климата и экологии окружающей среды.
Как известно, основными климатообразующими факторами с точки зрения радиационного баланса атмосферы являются парниковые газы, прежде всего озон и газовые составляющие озоновых циклов, а также облачные и аэрозольные поля. Рассеивающие и поглощающие свойства газовых составляющих атмосферы необходимо учитывать в радиационных блоках моделей общей циркуляции атмосферы и климата. Актуальность проблемы заключается в том, что для получения достоверной информации о радиационном балансе атмосферы необходимо одновременно измерять оптические и физические параметры указанных атмосферных объектов. В настоящее время эту информацию можно получать только с использованием средств дистанционного лазерного зондирования, что определяет научную значимость данной проблемы.
Среди дистанционных технологий важное место занимают лазерные методы зондирования, разрабатываемые с момента создания лазера в 1961г. К настоящему времени достигнут значительный прогресс в этой области в таких странах, как США, Германия, Франция, Россия, Япония. В России и странах СНГ исследования атмосферы лидарными методами получили развитие в работах ученых таких институтов и организаций, как ЦАО, ИОА СО РАН, ИМКЭС СО РАН, ИПГ, НПО «Тайфун», ГГО, МГУ, ИОФАН, ЦФП, ИФ АНБ, ИСАН.
ИОА СО РАН является головной организацией по созданию Российской лидарной сети CIS-LiNet − от Москвы до Владивостока.
Авторский коллектив объединил знания и опыт в решении задач лазерного дистанционного зондирования атмосферы с использованием таких эффектов взаимодействия лазерного излучения с атмосферой, как резонансное поглощение, комбинационное и резонансное рассеяние. Необходимо отметить метод спонтанного комбинационного рассеяния (СКР), наиболее соответствующий задаче измерения температуры и плотности атмосферы до высот 20–30 км. Максимальным сечением взаимодействия обладает резонансное поглощение лазерного излучения атмосферными газами, что и определяет высокую чувствительность метода дифференциального поглощения (МДП), использующего это явление. МДП активно используется в УФ, видимом и ИК-диапазонах для определения профилей озона и других МГС. Перспективен также в использовании метод упругого рассеяния на молекулах воздуха, позволяющий проводить измерения температуры и плотности в средней стратосфере, мезосфере и нижней термосфере.
В качестве одного из перспективных средств дистанционного зондирования Земли в настоящее время рассматриваются лидары космического базирования. Этой проблеме посвящен отдельный раздел монографии. Уже осуществлён ряд успешных экспериментов как зарубежных, так и отечественных исследователей с использованием лидарных систем различного назначения в космосе, в том числе и для исследования атмосферы, свидетельствующих о высоких потенциальных возможностях космических лидаров.
Монография «Лидарный спектроскопическмй газоанализ атмосферы» полезна как для научных сотрудников в области лазерного зондирования атмосферы, так для начинающих движение в эту область молодых специалистов.

«Лазерные методы дистанционного обнаружения химических соединений на поверхности тел»
Л.А.Скворцов АО «НИИ «Полюс» им. М.Ф.Стельмаха», г.Москва − диплом II степени

В книге обобщены и систематизированы результаты работ по дистанционному (standoff) детектированию на поверхности тел следов сложных химических соединений в виде взрывчатых (ВВ) и отравляющих (ОВ) веществ, токсичных веществ промышленного происхождения (TICs) и наркотических веществ (НВ). Излагаются основные принципы наиболее продвинутых и перспективных, на взгляд автора, технологий, устройство соответствующих приборов, обсуждаются возможные области их применения, приводятся многочисленные примеры практической реализации разработок, проводится анализ основных проблем, которые еще требуют своего решения, а также перспективы развития направления, связанного с дистанционным детектированием следов опасных химических веществ на поверхности тел при их зондировании лазерным излучением. Отмечается возрастающее внимание, проявляемое к квантовокаскадным лазерам, как к компактным источникам излучения в среднем инфракрасном и терагерцовом диапазонах спектра.
Методы и аппаратура, позволяющие в режиме реального времени обеспечивать качественную и количественную оценку наличия на поверхности объектов следов сложных химических соединений, к которым относятся, в частности, взрывчатые, отравляющие, наркотические и токсичные вещества промышленного происхождения, необходимы для широкого круга приложений, в том числе для обеспечения национальной системы комплексной безопасности.
Существующие локальные средства обнаружения опасных химических соединений (например, спектрометрия ионной подвижности) могут представлять собой значительный риск для применяющих их лиц. Более того, часто сам доступ к подозрительному объекту невозможен из-за его физической недоступности.
Такие средства, как правило, являются пробоотборными и, следовательно, требуют заметных затрат времени для проведения анализа.
По этим и другим причинам разработка и создание дистанционных методов контроля следов химических веществ на поверхности тел, а также портативной аппаратуры, сочетающей в себе высокую мобильность и работу в режиме реального времени, чрезвычайно актуальны.
Наличие дистанционных методов позволяет оперативно обнаруживать места заражения, снижая тем самым риск опасного воздействия химических факторов, более быстро и точно оценивать эффективность выбранных способов ликвидации заражения токсичными веществами промышленного происхождения, а также обезвреживания и удаления отравляющих веществ (ОВ, WCAs). Следует ожидать, что использование дистанционных методов контроля поверхности объектов приведет к снижению использования вредных материалов, а также к улучшению альтернативных обеззараживающих средств и процессов. Дистанционные методы смогут сыграть неоценимую роль при контроле наличия опасных загрязнений на поверхности тел, находящихся в труднодоступных местах. Нельзя не отметить важнейшее значение дистанционных методов обнаружения и досмотра при наличии террористических угроз с применением взрывчатых и отравляющих веществ, а также в борьбе с незаконным оборотом наркотиков.
Считается общепринятым, что наибольшими возможностями в решении проблемы быстрого standoff обнаружения (оператор и аппаратура находятся на безопасном расстоянии от исследуемого объекта) и идентификации следов химических соединений в многокомпонентной среде обладают методы оптической спектроскопии.
В последнее время наиболее интенсивно развивались методы и аппаратура для дистанционного обнаружения опасных химических соединений в газовой фазе, например, хорошо известные лидарные системы. Помимо традиционных задач, связанных с экологическим мониторингом воздушной среды и контролем аварийных выбросов в атмосферу вблизи опасных химических производств, в последнее время лидарные системы активно разрабатываются применительно к решению антитеррористических задач, в частности, для оперативного обнаружения токсичных химических веществ в местах скопления населения. В связи с этим в книге кратко затронут вопрос о принципах работы лидаров дифференциального поглощения, которые представляют собой наиболее перспективный инструмент для исследования атмосферы и контроля ее загрязнений. При этом особое внимание уделяется трассовым газоанализаторам на основе полупроводниковых квантово-каскадных лазеров, представляющих интерес для обнаружения отравляющих и токсичных веществ в атмосфере замкнутых помещений.

Монография «Адаптивная коррекция атмосферных искажений оптических изображений на основе искусственного опорного источника» Л.А.Больбасова, В.П.Лукин Институт оптики атмосферы им. В.Е.Зуева СО РАН, г.Томск − диплом II степени

Как хорошо известно, основной проблемой при астрономических наблюдениях с помощью наземных телескопов остается земная атмосфера. Случайные неоднородности показателя преломления, возникающие при турбулентном движении в атмосфере,
обуславливают существенное снижение достигаемой разрешающей силы, приводят к потерям в проницающей способности оптического телескопа и, как следствие, вызывают такие хорошо известные астрономам эффекты, как размытие, дрожание, мерцание оптического изображения.
Поэтому неотъемлемым элементом современного астрономического телескопа становятся системы адаптивной оптики (АО), предназначенные для достижения качества, близкого к дифракционному, в реальном масштабе времени.
Работа АО-систем для астрономических приложений базируется на получении тем или иным образом информации об искажениях,
вносимых турбулентной средой в структуру оптического излучения. Наиболее перспективным направлением, призванным удовлетворить требованиям задач астрономии, является оснащение адаптивного телескопа дополнительной системой формирования искусственного источника опорной волны в канале распространения излучения − на основе обратного рассеяния лазерного излучения в атмосфере.
Такая система получила название «лазерная опорная звезда (ЛОЗ)». Способ формирования искусственного источника опорной волны, идеология и методология извлечения из такой системы информации об атмосферных искажениях во многом определяют структуру и эффективность работы АО-системы в целом.
Книга Л.А.Больбасовой и В.П.Лукина посвящена проблемам использования адаптивной оптики для астрономических приложений. В её основе лежат оригинальные работы авторов по исследованию адаптивной фазовой коррекции турбулентных искажений оптических изображений, формируемых астрономическими телескопами, при использовании искусственного опорного источника – лазерной опорной звезды.
Монография является первой в мире подобной книгой, написанной специалистами по адаптивной оптике, она рассчитана на астрономов, которые предполагают применять лазерные опорные звезды, и на научных сотрудников, специализирующихся в области атмосферной оптики, будет полезна также аспирантам и студентам соответствующих специальностей.

Источник: http://bibl.laser.nsc.ru/download/laser-inform/578all-1.pdf