Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2016 номер 3

На основе разработанной авторами оптической модели земной атмосферы проведены численные оценки эффективности использования интенсивного излучения различных лазерных источников ближнего и среднего ИК-диапазонов при распространении на наклонных высотных трассах. Рассмотрены варианты переноса излучения кислородно-йодного (КИЛ), а также химических DF- и CO-лазеров при работе в условиях различной оптической «погоды» с учетом линейных и нелинейных оптических эффектов. Показано, что с точки зрения передачи полной мощности излучения наиболее предпочтительным является использование КИЛ вследствие низкого ослабления в атмосфере и минимального влияния нелинейных эффектов. Этот же лазерный источник демонстрирует и наилучшие показатели по величине средней интенсивности излучения на приемнике. Среди многочастотных химических лазеров по коэффициенту передачи мощности лидирует излучение DF-лазера.

Средствами вычислительного эксперимента анализируется динамика во времени максимальной интенсивности и мощности в апертуре конечного размера фокусированного излучения на длине волны 10,6 мкм при тепловом самовоздействии в незамутненной аэрозолем турбулентной атмосфере. Рассмотрено распространение гауссовых пучков на трассах протяженностью до 160 м. Показано, что в условиях сильных флуктуаций показателя преломления наблюдаются интервалы времени, в которые максимальная интенсивность в средней части трассы при острой фокусировке пучка оказывается больше, чем в фокальной плоскости в конце трассы.

Численно исследовано формирование световых пуль при филаментации фемтосекундных импульсов ближнего и среднего ИК-диапазонов в конденсированных средах при аномальной дисперсии групповой скорости. На примере филаментации в плавленом кварце микроджоульных импульсов на длинах волн 1,4; 1,8 и 2,2 мкм мощностью, близкой к критической мощности самофокусировки, установлено, что при дисперсионной длине, много большей и много меньшей длины самофокусировки, последующие световые пули не образуются. Показано, что пиковая интенсивность в световых пулях не зависит от начальной интенсивности в импульсе и определяется порядком многофотонности при генерации лазерной плазмы, возрастая с его увеличением. В плавленом кварце пиковая интенсивность в световой пуле составляет около 40 ТВт/см² при филаментации микроджоульных импульсов на длине волны 1,4-2,2 мкм, в CaF₂ пиковая интенсивность достигает 120 ТВт/см² при филаментации импульса на длине волны 3 мкм. Световая пуля является короткоживущим образованием, интервал существования которого составляет около 1 мм. Найдено, что изменение энергии действующего импульса на длине волны 3 мкм при филаментации в CaF₂ влияет на число световых пуль и не приводит к увеличению их времени жизни.

Предложен физический механизм беспрецедентного смещения (около 200 км) на север течения Гольфстрим летом-осенью 2011 г. у берегов Новой Каролины. Обосновано, что инерционное движение по прямой и «соскальзывание» с прежней траектории при повороте на восток обусловлены аномально большим нагревом воды до температуры особой точки (19-20 ^oC), при которой происходит кратное снижение ее сдвиговой вязкости из-за термоиндуцированной конверсии спиновых орто- и параизомеров молекул Н₂О. Показано, что аномально высокий подогрев воды является следствием катастрофы на нефтяной платформе Deepwater Horizon в Мексиканском заливе и разлива нефти. Изменение отражательного и испарительного процесса из-за радужной пленки на площади в сотни тысяч квадратных километров (http://newsland.com/ news/detail/id/1218207) обеспечивает дополнительный нагрев океана.

Экспериментально исследуется флуоресценция тонких пленок нефтепродуктов на водной поверхности при воздействии на них фемтосекундных УФ лазерных импульсов. Рассматриваются лазерные импульсы в широком диапазоне интенсивностей, включающем область филаментации излучения. Проводится сравнение применимости этого метода для фемтосекундных УФ-импульсов с центральными длинами волн 248 и 372 нм. Продемонстрировано, что пространственное разрешение локализации такой флуоресценции не хуже 30 см.

Описан новый алгоритм восстановления альбедо поверхности по значениям коэффициента яркости отраженного солнечного излучения. В алгоритме находится альбедо пространственно неоднородной ламбертовой поверхности с учетом многократного рассеяния излучения в атмосфере и многократного отражения излучения от поверхности. Приведены результаты решения модельных задач, демонстрирующие возможности алгоритма.

В лидарном комплексе применен комбинированный оптический метод зондирования нижней и средней атмосферы. Метод основан на приеме сигналов рэлеевского (упругое молекулярное рассеяние света на длине волны 532 нм) и рамановского (излучение первого колебательно-вращательного перехода молекул азота с центром на длине волны 607 нм при возбуждении последнего лазерным излучением на длине волны 532 нм) рассеяния света. Использование рамановского канала позволило исключить искажающее влияние аэрозоля на высотах его локализации (до 25 км) на точность измерения температуры. При одновременном измерении сигналов в двух приемных каналах получены протяженные профили температуры в области высот от 7 до 60 км, охватывающие верхнюю тропосферу и среднюю атмосферу. Получено хорошее соответствие данных со спутниковыми и аэрологическими измерениями, а также с модельными представлениями.

Рассматриваются результаты дистанционных спектрофотометрических и лидарных измерений общего содержания озона, двуокиси азота и температуры, полученные на Сибирской лидарной станции (СЛС) Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН (Томск: 56,5° с.ш., 85,0° в.д.), в сравнении с результатами аналогичных спутниковых измерений. Наземные измерения общего содержания озона осуществляются озонометром М-124, измерения содержания NO₂ выполняются автоматизированным спектрофотометром. Наземные лидарные измерения температуры - измерительным комплексом СЛС. Эти измерения сравниваются с данными радиозондовых и спутниковых измерений. Спутниковые измерения осуществляются аппаратурой TOMS и IASI.

Для территории Южного Урала методом вейвлет-анализа исследованы осадки мая-июля, реконструированные по радиальному приросту поздней древесины лиственницы Сукачева (Larix sukaczewii Dyl.). Эти данные в дальнейшем были проанализированы методом кросс-вейвлет-преобразования путем сравнения со среднегодовыми значениями чисел Вольфа, а также со средними значениями индексов САК и АМК (Североатлантическое колебание и Атлантическое мультидекадное колебание) за аналогичный период. Проведенный анализ позволил выявить скрытые периодичности в исходных рядах и определить взаимосвязи осадков мая-июля с солнечной активностью, а также с САК и AMК. Установлено, что доминирующий 11-летний цикл в рядах чисел Вольфа присутствует практически на всем временном диапазоне реконструкции осадков. В серии реконструкции осадков проявление индекса САК за май-июль присутствует в основном на периодах 8-11 лет, а индекса AMК за май-июль на периодах от 11 до 50 лет. Для анализа использовались следующие периоды наблюдений: реконструкция осадков мая-июля за 375 лет (1631-2005 гг.), числа Вольфа за 306 лет (1700-2005 гг.), САК за 141 год (1865-2005 гг.), AMК за 150 лет (1856-2005 гг.).

Приведены результаты расчетов эффективности лазерной системы посадки (ЛСП) на основе определения минимально необходимых потоков рассеянного излучения от неподвижных протяженных ориентиров (НПО), являющихся индикаторами ЛСП, при зрительном обнаружении НПО в реальных условиях эксплуатации. Показано, что при метеорологической дальности видимости S_m = 800 м минимально необходимые мощности для надежного обнаружения лазерных пучков курсоглиссадной группы в ночных условиях с расстояний L » 1,0-1,6 км составляют Р_min = 0,5 Вт для l = 0,52 и 0,64 мкм при отклонениях от глиссады на угол  = 0-5. В сумеречных условиях зеленые и красные лучи видны с дистанций L = 1-1,2 км. Проведенные расчеты подтвердили возможность создания ЛСП на основе лазеров нового поколения, способной обеспечить посадку самолетов в условиях I категории ИКАО (Международная организация гражданской авиации).

Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований условий генерации второй гармоники на Ti:Sapphire фемтосекундном комплексе, который включает генератор фемтосекундных импульсов, стретчер, регенеративный усилитель, два многопроходных усилителя, компрессор и генератор второй гармоники. Кроме того, изучено влияние интенсивности излучения, пространственного профиля и уровня шумовой компоненты первой гармоники на длине волны 950 нм на однородность интенсивности второй гармоники. Теоретически показано, что при отсутствии шумовой компоненты в пучке основной гармоники наблюдается хорошая однородность интенсивности во второй гармонике. Внесение амплитудных неоднородностей интенсивности в первую гармонику приводит к еще большим неоднородностям во второй гармонике. Экспериментально продемонстрировано, что уменьшение шумовой компоненты в пучке накачки за счет использования пространственного фильтра позволяет существенно подавить мелкомасштабные неоднородности во второй гармонике.

Представлены результаты использования малогабаритного CuBr-лазера для высокоскоростной визуализации процесса получения нанопорошков тугоплавких оксидов при лазерном испарении мишени. Для визуализации были использованы различные оптические схемы. В частности, применялся метод лазерной подсветки, а также проводилась визуализация в лазерном мониторе. Показано, что лазерный монитор позволяет полностью избавиться от влияния собственного свечения факела, возникающего при взаимодействии лазера с мишенью. Метод же лазерной подсветки дает возможность визуализировать возникающее облако наночастиц.