Ослабление излучения СО2-лазера в атмосфере

Атмосферное затухание [1].

Затухание излучения в атмосфере может быть описано с помощью экспоненциального закона. Коэффициент пропускания атмосферы равен:

,

где L - протяженность среды, в которой распространяется излучение; - коэффициент ослабления среды, равный сумме коэффициентов поглощения и рассеяния .

Таким образом, коэффициент пропускания атмосферы может быть представлен в виде произведения:

,

где - коэффициент пропускания атмосферы, учитывающий только поглощение; - коэффициент пропускания атмосферы, учитывающий только рассеяние.

Поглощение в атмосфере обусловлено в основном наличием молекул водяного пара, двуокиси углерода и озона. На рисунке приведены графики коэффициентов пропускания этих компонент. Кривые были сняты с относительно низкой спектральной разрешающей способностью. В действительности же поглощение в атмосфере резко изменяется при изменении длины волны, поскольку молекулярное поглощение имеет линейчатый спектр, а не полосовой.

На основе этих графиков можно правильно выбрать несущую частоту лазера и сделать вывод о необходимости ее стабилизации в областях с минимальным поглощением. Грубые оценки поглощения в атмосфере могут быть получены путем подсчета количества молекул поглощающих веществ и а пути прохождения лазерного луча. Получить такие оценки трудно, поскольку концентрация молекул в атмосфере определяется температурой и давлением, изменяющимися с географической широтой, высотой и зависящими от состояния погоды.

а) поглощение двуокисью углерода; б) поглощение озоном;

в) поглощение влагой

Кривые пропускания компонентами атмосферы

Атмосферное рассеяние, происходящее на частицах, размеры которых соизмеримы с размерами молекул, называется рэлеевским рассеянием; атмосферное рассеяние на частицах, размеры которых велики по сравнению с длиной волны, называется Ми-рассеянием (этот вид рассеяния наблюдается в тумане и дымах).

Коэффициент ослабления при рэлеевском рассеянии определяется выражением:

,

где N - число частиц, приходящихся на единицу объема трассы распространения; Ар - площадь поперечного сечения рассеивающей частицы.

Площадь частицы и длину волны в формуле необходимо брать в сантиметрах. Поскольку коэффициент рэлеевского рассеяния обратно пропорционален 4, излучение коротких длин волн рассеивается сильнее, чем излучение более длинных волн. Этим, например, объясняется голубой цвет дневного неба. Компоненты солнечного света более коротких длин волн рассеиваются на пути к земле больше, чем компоненты более длинных волн. В большинстве случаев рэлеевское рассеяние во много раз меньше, чем Ми-рассеяние, и им практически можно пренебречь. Ми-рассеяние описывается с помощью следующего эмпирического соотношения:

,

где - коэффициент Mи-рассеяния; - метеорологическая дальность видимости в километрах (длина волны и дальность пути выражаются соответственно в микронах и в километрах).

Значения метеорологической дальности видимости для многих районов ежедневно сообщаются бюро погоды метеорологической службы. В качестве примера использования формулы при Ми-рассеянии произведем расчет ослабления лазерного излучения с длиной волны , проходящего путь в атмосфере протяженностью в 1 км, при дальности видимости, равной 5 км.

Лучшие статьи по информатике

Регистры хранения
Цель работы: Изучить один из основных узлов ЭВМ - регистр хранения (память), приобрести навыки в сборке наладке и экспериментальном исследовании регистра. ...

Технология ZigBee
автоматизация дом безопасность умный В самых разных отраслях имеется потребность в создании беспроводных сетей с большим числом датчиков и исполнительных меха ...

Часы–будильник с матричным светодиодным индикатором
Данная тема курсового проекта «Часы - будильник с матричным светодиодным индикатором. Схема индикации» была предложена цикловой комиссией специальности 2301 ...