Конкурс Российского научного фонда
«Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований с привлечением молодых исследователей»:
Проект 15-17-10001 http://rscf.ru/prjcard?rid=15-17-10001
«Оптическая дистанционная диагностика атмосферы и океана» 2015–2017 гг.
Руководитель: д.ф.-м.н. А.А. Землянов
2015. Результаты:
1. Сбор и систематизация данных по характеристикам доступных спектральных приборов, подготовка банков данных спектральных измерений выбранных спектральных приборов и данных дополнительных измерений, необходимых для калибровки спектральных приборов, подготовлена модель процесса переноса излучения для выполнения расчетов в ясных условиях.
2. Выполнены расчеты радиационных характеристик атмосферы на дни измерений в ясных условиях по модели переноса излучения в атмосфере. Проведены верификация ясных условий наблюдения на основе сравнения расчетов и данных измерений из дней с низкой бальностью облачности (по метеорологическим данным) и предварительная калибровка спектральных приборов.
3. Выполнено численное моделирование процесса лидарного зондирования в диапазоне генерации перестраиваемого в области спектра 2 мкм параметрического генератора света (ПГС), разработана конструкция и создана экспериментальная измерительная установка для лидарного газоанализа на основе ПГС в диапазоне 2 мкм.
4. Разработан и применен в проведенных измерениях программный пакет по восстановлению вертикальных профилей озона из данных лидарного зондирования.
5. Проведены экспериментальные исследования по установлению основных механизмов взаимодействия и филаментации мощного фемтосекундного излучения (центральная длина волны 800 нм) с водными средами различного состава. Проведена серия экспериментальных исследований распространения коллимированных и фокусированных лазерных пучков в дистиллированной и морской воде, воде с гидрозолями, глицерине.
6. Определены количественные связи между характеристиками воздействующего лазерного излучения (энергия, мощность, длительность импульса, диаметр пучка) с параметрами области филаментации (удаленность от источника, протяженность, диаметр, количество филаментов, их длина и диаметр, уширение спектра) в чистой воде и водных растворах.
7. Проведены эксперименты по взаимодействию лазерных импульсов гигаваттной мощности с жидкокапельными средами. Проведены эксперименты по исследованию свечения морского аэрозоля под действием фемтосекундных импульсов Ti:Sapphire-лазера с длинами волн 800 и 400 нм при их филаментации. Показано, что при облучении первой гармоникой наблюдается свечение линии натрия 588,9 нм, при облучении второй гармоникой возбуждается флюоресценция растворенных в морской воде органических веществ.
8. Получены спектры свечения частиц жидкокапельного морского аэрозоля в поле фемтосекундных лазерных импульсов. Изучена диаграмма направленности свечения частиц аэрозоля.
9. Проведены теоретические оценки угловых и спектральных характеристик свечения жидких микрокапель при возбуждении в них нелинейных процессов светорассеяния, таких как многофотонно-стимулированная флуоресценция и рекомбинационное излучение (флуоресценция) ионизированных областей частицы, что закладывает основы для разработки методики дистанционной фемтосекундной диагностики химического состава аэрозолей в атмосфере. Проведены теоретические исследования взаимодействия мощных ИК фемтосекундных лазерных импульсов гигаваттной мощности с одиночными миллиметровыми каплями воды. Изучены физические механизмы, приводящие к возникновению оптического пробоя внутри частиц.
10. Ссылки на информационные ресурсы: Ученые ИОА СО РАН разрабатывают приборы для диагностики состояния атмосферы и океана. http://www.рнф.рф/ru/node/1404
2. Выполнены расчеты радиационных характеристик атмосферы на дни измерений в ясных условиях по модели переноса излучения в атмосфере. Проведены верификация ясных условий наблюдения на основе сравнения расчетов и данных измерений из дней с низкой бальностью облачности (по метеорологическим данным) и предварительная калибровка спектральных приборов.
3. Выполнено численное моделирование процесса лидарного зондирования в диапазоне генерации перестраиваемого в области спектра 2 мкм параметрического генератора света (ПГС), разработана конструкция и создана экспериментальная измерительная установка для лидарного газоанализа на основе ПГС в диапазоне 2 мкм.
4. Разработан и применен в проведенных измерениях программный пакет по восстановлению вертикальных профилей озона из данных лидарного зондирования.
5. Проведены экспериментальные исследования по установлению основных механизмов взаимодействия и филаментации мощного фемтосекундного излучения (центральная длина волны 800 нм) с водными средами различного состава. Проведена серия экспериментальных исследований распространения коллимированных и фокусированных лазерных пучков в дистиллированной и морской воде, воде с гидрозолями, глицерине.
6. Определены количественные связи между характеристиками воздействующего лазерного излучения (энергия, мощность, длительность импульса, диаметр пучка) с параметрами области филаментации (удаленность от источника, протяженность, диаметр, количество филаментов, их длина и диаметр, уширение спектра) в чистой воде и водных растворах.
7. Проведены эксперименты по взаимодействию лазерных импульсов гигаваттной мощности с жидкокапельными средами. Проведены эксперименты по исследованию свечения морского аэрозоля под действием фемтосекундных импульсов Ti:Sapphire-лазера с длинами волн 800 и 400 нм при их филаментации. Показано, что при облучении первой гармоникой наблюдается свечение линии натрия 588,9 нм, при облучении второй гармоникой возбуждается флюоресценция растворенных в морской воде органических веществ.
8. Получены спектры свечения частиц жидкокапельного морского аэрозоля в поле фемтосекундных лазерных импульсов. Изучена диаграмма направленности свечения частиц аэрозоля.
9. Проведены теоретические оценки угловых и спектральных характеристик свечения жидких микрокапель при возбуждении в них нелинейных процессов светорассеяния, таких как многофотонно-стимулированная флуоресценция и рекомбинационное излучение (флуоресценция) ионизированных областей частицы, что закладывает основы для разработки методики дистанционной фемтосекундной диагностики химического состава аэрозолей в атмосфере. Проведены теоретические исследования взаимодействия мощных ИК фемтосекундных лазерных импульсов гигаваттной мощности с одиночными миллиметровыми каплями воды. Изучены физические механизмы, приводящие к возникновению оптического пробоя внутри частиц.
10. Ссылки на информационные ресурсы: Ученые ИОА СО РАН разрабатывают приборы для диагностики состояния атмосферы и океана. http://www.рнф.рф/ru/node/1404
Сопоставление вертикальных профилей озона, полученных 26.04.15 из лидарных и спутниковых данных: IASI – спутниковые (метеорологический спутник MetOp Европейского космического атентства) данные бортового радиометра IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer); лидар – данные лидара ИОА СО РАН, модель Крюгера – стандартная среднеширотная модель вертикального распределения озона
2016. Результаты:
1. Проведена доработка метода и абсолютная калибровка спектральных приборов, осуществляемая из сравнения измеренной и рассчитанной интенсивностей в ясные дни с учетом аэрозольной оптической толщи (ОТ), измеряемой (Cimel CE318) и альбедо (MODIS).2. Подготовлены сценарии и выполнены расчеты по сценариям облачности и ОТ аэрозоля для радиационного моделирования задач определения характеристик облачности и содержания газов (двуокись азота, формальдегид) в нижней тропосфере.
3. Разработан метод восстановления содержания газов (двуокись азота, формальдегид) в нижней тропосфере с учетом имеющихся данных о характеристиках облачности.
4. Проведен предварительный анализ результатов восстановления газов в нижней тропосфере, валидация результатов для двуокиси азота и формальдегида (сравнение статистик по ясным и облачным дням, сравнение со спутниками, сравнение с результатами фотохимического моделирования).
5. Разработан метод классификации облачности в период выполнения спектральных измерений и создан соответствующий банк данных характеристик облачности.
6. Проведены численное моделирование процесса лидарного зондирования в диапазонах генерации широкополосных источников лазерного излучения на основе ПГС и проверка в натурных условиях работоспособности экспериментальной измерительной установки для лидарного газоанализа на основе ПГС в области спектра 1.8–2.5 мкм.
7. Определены количественные связи между характеристиками воздействующего лазерного излучения (энергия, мощность, длительность импульса, диаметр пучка) с параметрами области филаментации (удаленность от источника, протяженность, диаметр, количество филаментов, их длина и диаметр, уширение спектра) в чистой воде и водных растворах.
7. Продолжены в мониторинговом режиме наблюдения за вертикальным распределением озона в тропосфере–стратосфере и проведен анализ результатов лидарного зондирования профилей озона в тропосфере–стратосфере.
8. Получены экспериментальные данные о связях начальных параметров фемтосекундных лазерных импульсов (энергия, длительность, степень фокусировки/дефокусировки, радиус апертуры пучка) и характеристик области множественной филаментации на атмосферной трассе и в модельных средах (начало области филаментации, ее протяженность, распределение филаментов вдоль дистанции, структура области филаментации).
9. Получены экспериментальные данные по угловой расходимости постфиламентационных каналов в зависимости от характеристик филаментов, формируемых при различных мощностях фемтосекундных лазерных импульсов и степеней их фокусировки. Получены экспериментальные данные по дистанциям, на которых реализуются условия достаточной для возбуждения свечения мишеней в атмосфере интенсивности в постфиламентационных каналах.
10. Расчитаны параметры постфиламентационного режима каналирования фемтосекундного лазерного излучения в воздухе. Решена задача о восстановлении конфигурации филаментов вдоль трассы.
11. На основе численных экспериментов по филаментации ультракоротких лазерных импульсов в воздухе получены данные о характеристиках постфиламентационных каналов.
Филаментация ультафиолетового лазерного пучка с длительность импульса 500 фс на расстоянии 3 м от передающей апертуры (поперечное сечение, численное моделирование)
