Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 6
1 НЕЛИНЕЙНО-ОПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
МОЩНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 9
1.1 Взаимодействие лазерного излучения с атмосферой 9
1.2 Влияние интенсивности света на характер оптических явлений 12
2 МЕТОДЫ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ 21
2.1 Применение лазеров для контроля веществ в атмосфере 21
2.2 Аналитический обзор статей по тематике исследования 30
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПОЛУЧЕННЫЕ
РЕЗУЛЬТАТЫ 34
3.1 Экспериментальные исследования с применением наносекундного
лазерного излучения и полученные результаты 34
3.2 Экспериментальные исследования с применением фемтосекундного
лазерного излучения и полученные результаты 41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 44
ПРИЛОЖЕНИЕ А 48
При распространении мощного лазерного излучения в импульсе происходят сложные физические процессы, связанные с превышением пиковой мощности критической мощности самофокусировки. Это приводит к изменению спектральных, временных и пространственных характеристик лазерного излучения и формированию филаментов.
В последние два десятилетия во всём мире активно изучают фемтосекундную оптику аэрозоля. Интерес к этой теме связан с уникальными свойствами капель, которые позволяют наблюдать различные нелинейнооптические процессы. Сферическая поверхность капли действует как линза, фокусирующая лазерное излучение.
Актуальность решения проблемы заключается в том, что существует потребность значительного увеличения достижимых диагностических характеристик лазерного зондирования аэрозольной среды по составу исследуемых веществ.
В связи с атмосферными приложениями распространение мощного лазерного излучения на протяженных трассах представляет значительный интерес [1 - 3], но исследование филаментации сталкивается с трудностями. Экспериментальные исследования требуют сложных и очень дорогостоящих натуральных экспериментов. В [4, 5] для экономии средств в качестве трассы использовались протяженные коридоры лабораторных корпусов. Если рассматривать численные эксперименты, то возникает другой ряд сложностей. Во-первых, большая протяженность трассы увеличивает время расчётов. Во-вторых, отсутствие радиальной симметрии из-за неоднородностей показателя преломления вынуждает использовать полную трехмерную постановку задачи филаментации. Несмотря на это, большая часть из опубликованных в настоящее время работ посвящена численным экспериментам, что делает задачу лабораторных и натурных исследований филаментации актуальной.
Целью работы является создание эмпирической модели диаграммы направленности для лазерного излучения при одно- и двухфотонном возбуждении флюоресценции красителя малого объема.
Задачи, поставленные в рамках работы:
1) обзор литературы по проблеме одно и двухфотоннолазерновозбужденной флюоресценции в аэрозольных частицах;
2) проведение лабораторных экспериментов по одно и двухфотонновозбужденной флюоресценции красителя из малого объема водного аэрозоля с помощью наносекундных и фемтосекундных лазерных импульсов;
3) анализ (на основе экспериментальных данных) эффективности применения мощных лазерных импульсов различной длительности для возбуждения одно и двухфотонной флюоресценции в полидисперсном аэрозоле, содержащим флюорофоры;
4) написание магистерской диссертации.
Защищаемое положение: в ходе работы была получена эмпирическая модель диаграммы направленности лазерного излучения при одно- и двухфотонном возбуждении флюоресценции красителя малого объема позволяющая определить оптимальный угол приема сигнала.
Личный вклад автора: автор работы принимал участие в подготовке экспериментального комплекса для исследований, выполнении экспериментальных работ, обработке полученных данных и интерпретации результатов.
Основные результаты, вошедшие в диссертационную работу, докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
1. Кравченко И.В. Экспериментальные исследования диаграммы направленности отклика аэрозольной среды, возбуждаемой наносекундными лазерными импульсами // АПР-2023, 30 августа 2023г., Томск.
2. Землянов А.А., Кочетов Д.И., Землянов Ал.А., Донченко В.А., Кравченко И.В. Рямбов Р.В. Угловое распределение двухфотонно возбужденной флуоресценции аэрозоля этанольного раствора красителя // «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы», 01-05 июля 2024 г., Санкт-Петербург.
В результате проделанной работы были получены следующие результаты:
1. получена эмпирическая модель диаграммы направленности для наносекундного лазерного излучения при однофотонном возбуждении флюоресценции красителя малого объема;
2. определено, что для однофотонного поглощения диаграмма направленности близка к симметричной в направлениях вперед/назад. Для двухфотонного процесса диаграмма направленности вытянута в направлении назад относительно воздействующего излучения;
3. получена эмпирическая модель диаграммы направленности для наносекундного лазерного излучения при двухфотонном возбуждении флюоресценции красителя малого объема;
4. показана анизотропия индикатрисы рассеяния при одно- двухфотонном возбуждении флуоресценции от аэрозольных частиц с раствором красителя Родамин 6 Ж, определена зависимость уровня сигнала от концентрации вещества в аэрозоле;
5. эмпирически получена диаграмма направленности для
фемтосекундного лазерного излучения при двухфотонном возбуждении флюоресценции красителя малого объема.
