Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2025 номер 8

Модовые представления волновых полей используются во многих оптических приложениях, в частности, для создания информационных каналов, несущих независимые потоки данных. В настоящей работе на основе модового представления волновых полей разработаны теоретические основы нового метода оптической беспроводной побайтовой передачи цифрового сигнала, мультиплексированного по величине орбитального углового момента (ОУМ) электромагнитной волны, и предложена аппаратная реализация этого метода. Передатчик представляет собой круговой массив когерентных лазерных пучков, формируемых за счет деления исходного узкополосного лазерного излучения на восемь каналов. Формирование каналов передачи данных, отличающихся значением ОУМ, происходит при интерференционном сложении в дальней зоне дифракции восьми когерентных лазерных пучков, амплитуда и фаза которых изменяется пропорционально величине Фурье-образов информационных сигналов, поступающих от программируемого контролера на амплитудные и фазовые модуляторы. Распространяющееся в пространстве волновое поле поступает на вход приемного телескопа, а далее на сортировщик ОУМ-мод, после которого в результате сложения на компараторе восьми лазерных пучков воспроизводится полная структура излученного цифрового сигнала. Рассмотрена концептуальная схема экспериментальной установки, осуществляющей проверку данного метода в лабораторных условиях. С помощью численного моделирования показана возможность ее практической реализации. Предложен ряд технических приемов, способствующих повышению эффективности метода, описаны его преимущества.

В численном эксперименте определена зависимость от времени и характеристик среды интегральных (радиус, смещение энергетического центра) и локальных (интенсивность в точке) параметров лазерного излучения, распространяющегося в турбулентной атмосфере. Выполнено разложение вычисленных функций в тригонометрический ряд Фурье, получена оценка точности разложения. Математические модели оформлены в виде нескольких программных приложений, с использованием которых установлена зависимость частоты спектральных компонент от скорости ветра и внутреннего масштаба турбулентности. Результаты исследования могут применяться при проектировании систем адаптивной оптики, в частности при задании необходимого быстродействия коррекции атмосферных искажений, являющегося одной из основных характеристик блока управления лазерным пучком.

Представлены результаты лабораторного эксперимента, в котором лазерный пучок распространялся в искусственно созданной турбулентной среде. Описаны методы, позволившие преобразовать последовательность кадров видеоряда, фиксирующих распределение интенсивности, в зависящие от времени характеристики излучения. В результате разложения функций времени в тригонометрический ряд Фурье определена частота изменения параметров и сформулированы требования к скорости работы адаптивной системы, предназначенной для компенсации искажений. Результаты исследования могут применяться при проектировании систем адаптивной оптики, в частности при задании необходимого быстродействия коррекции атмосферных искажений, являющегося одной из основных характеристик блока управления лазерным пучком.

Для детектирования экотоксикантов в атмосфере методами абсорбционной спектроскопии необходимо знание их спектроскопических параметров. В настоящей статье приведены новые экспериментальные данные о линиях поглощения изотополога CH³⁵Cl₃ хлороформа в газовой фазе, измеренные с помощью спектрометра высокого разрешения в диапазоне длин волн 2 мм. После предварительных измерений в поддиапазоне 118,6-118,9 ГГц, их сравнения с литературными данными и подтверждения возможности достоверного выявления в спектре линий поглощения были обнаружены и идентифицированы новые линии поглощения в спектральных поддиапазонах 131-132, 137-139, 150-152 и 156-158 ГГц в основном состоянии и нескольких возбужденных колебательных состояниях. Полученные данные сопоставлены с теоретическими оценками центральных частот линий поглощения вращательного спектра. Идентифицированные линии поглощения хлороформа могут быть использованы для контроля его содержания в атмосфере.

В настоящей статье представлены результаты анализа качества коллекций экспериментальных колебательно-вращательных уровней энергии и переходов основного изотополога молекулы воды, размещенных в информационной системе W@DIS. Создано программное обеспечение для автоматической поддержки качества коллекции уровней энергии и переходов при загрузке новых источников данных, которое осуществляет последовательную двойную фильтрацию с использованием последней версии эмпирических уровней энергии, а также квазиэмпирических уровней энергии. Представлено краткое описание введенных квазиэмпирических уровней энергии и их роли в актуализации качества данных. Приведены статистические данные о каждой из коллекций, выделены подмножества коллекций, подходящие для декомпозиции экспертных волновых чисел и энергий нижнего уровня.

Большое количество трития, радиоактивного изотопа водорода, поступает в окружающую среду из техногенных источников, включая аварии на атомных электростанциях и испытания ядерного оружия. Тритий является опасным для всего живого веществом, поэтому необходим контроль его содержания в воде и воздухе. Разработан трассовый метод мониторинга тритиевых изотопологов воды (HTO и T₂O) с использованием инфракрасной (ИК) спектроскопии высокого разрешения. Основная цель работы заключается в оценке чувствительности ИК-спектроскопии для детектирования малых концентраций HTO и T₂O в испарениях воды, что критично в оперативном мониторинге радиоактивного загрязнения. Методом line-by-line проведено моделирование пропускания тритиевых изотопологов водяного пара при различных концентрациях. В работе использованы спектроскопические данные из теоретических расчетов и экспериментальных измерений, включая параметры линий поглощения из базы spectra.iao.ru и HITRAN. С помощью авторской методики уточнены параметры уширения линий HTO и T₂O. Основные результаты работы: улучшение параметров уширения линий HTO и T₂O, повысившее точность моделирования; выявление оптимальных спектральных интервалов для детектирования HTO (1227-1236, 2219-2226 см^-1), а также интервалов для T₂O (930-990, 1092-1100 см^-1), расположенных в области атмосферного окна прозрачности 8-12 мкм; установление порога обнаружения тритиевых изотопологов 0,01-0,05% от содержания основного изотополога H₂¹⁶O. Полученные результаты открывают возможности для создания систем мониторинга трития в реальном времени с целью оценки экологических и радиационных рисков. Перспективными направлениями дальнейших исследований являются адаптация метода для полевых условий, учет влияния атмосферных помех и интеграция спектроскопических данных в климатические модели. Работа вносит вклад в развитие методов экологического контроля и радиационной безопасности.

При изучении распространения оптического излучения в атмосфере важным фактором является учет его возможных искажений за счет турбулентности полей температуры и ветра. Рассмотрена зависимость структурной характеристики показателя преломления оптических волн в приземном слое атмосферы от градиентов температуры и скорости ветра, а также от турбулентных потоков тепла и скорости трения (динамической скорости). Использовались экспериментальные данные, полученные в 2024 г. на Базовом экспериментальном комплексе Института оптики атмосферы СО РАН (г. Томск) с помощью ультразвукового анемометра-термометра (ультразвуковой метеостанции) и метеорологического температурного профилемера. Выделены определенные закономерности во взаимосвязях структурной характеристики с рассмотренными метеорологическими параметрами. Отмечена возможность реализации «больших» значений структурной характеристики в условиях температурных инверсий. Полученные результаты могут быть полезны при решении задач оптики атмосферы, включая распространение лазерного излучения.

Эффективное использование высотных труб для отвода продуктов сжигания углеводородного топлива на тепловых станциях позволяет существенно снижать уровни загрязнения атмосферного воздуха. Предложена модель оценки скоростей подъема и потоков плавучести дымовых выбросов от труб ТЭЦ на основе соотношений подобия и размерностей, гидродинамических моделей, спутниковой информации. Апробация модели проведена с использованием зимнего спутникового снимка дымовых шлейфов и их теней на земной поверхности применительно к высотным трубам Гусиноозёрской ГРЭС. Поля ветра и температуры атмосферного воздуха рассчитывались с помощью мезомасштабной модели WRF, адаптированной к Байкальской природной территории. Результаты проведенных исследований позволяют в условиях весьма ограниченной входной информации определять характеристики активной стадии подъема дымовых шлейфов и на основе оценок потоков плавучести контролировать режимы выбросов примесей от труб промышленных предприятий.

Снежный покров, будучи накопителем пылевых выпадений, дает объективную информацию об уровне загрязнения городской среды, поэтому точная оценка его загрязнения и соответствующее зонирование города очень важны. В настоящей статье представлены результаты исследований пространственного распределения пылевой нагрузки на снежный покров территории г. Красноярска по данным 2018 г. По нормативным градациям уровень пылевого загрязнения снегового покрова в отдельных районах города варьируется от низкого до высокого. Сравнение пылевой нагрузки за зимний период 2018 г. с ранее проведенным исследованием показывает, что в настоящее время пылевая нагрузка снизилась в среднем в 1,3 раза. Установлено, что ореолы с максимальными значениями пылевого загрязнения приходятся на северо-восточную часть города в пределах Северной промышленной зоны Советского района и Восточной промышленной зоны Ленинского района. В 2018 г. Красноярск характеризовался низким уровнем загрязнения снежного покрова.

Важной задачей современной атмосферной оптики является точное описание взаимодействия света с частицами льда перистых облаков, что необходимо для интерпретации данных дистанционного зондирования, особенно при использовании поляризационных лидаров. В настоящей статье представлен уникальный банк данных (БД) матриц обратного рассеяния света для всех типичных форм кристаллов льда перистых облаков, включая агрегат из восьми гексагональных столбиков - модель, которая часто используется в исследованиях. Рассмотрен случай хаотической ориентации частицы в пространстве. Решение получено для диапазона размеров частиц от 10 до 1000 мкм для трех наиболее часто используемых длин волн излучения лидаров: 0,355; 0,532 и 1,064 мкм. Такой БД крайне важен для разработки алгоритмов интерпретации результатов лазерного поляризационного зондирования перистых облаков с использованием как наземных, так и космических лидаров. Он находится в открытом доступе в простом текстовом формате.

Рассматриваются способы повышения помехоустойчивости метода лазерной фрагментации/лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛФ/ЛИФ) при дистанционном обнаружении поверхностных следов органофосфатов. Экспериментально показана возможность индуцирования антистоксовой флуоресценции PO-фрагментов (молекул оксида фосфора) органофосфатов из первого возбужденного колебательного состояния X ²Π ( v'' = 1) в электронно-возбужденное состояние A ²Σ⁺ ( v' = 0) лазерным излучением на длинах волн 253,891; 254,021; 255,337 и 255,484 нм вблизи кантов ветвей ( Q ₁₁ + P ₂₁), P ₁₁, ( P ₂₂ + Q ₁₂) и P ₁₂ соответственно. На примере капельно-жидких следов триэтилфосфата на бумажной поверхности определено, что при возбуждении линий ветви P ₁₂, образующих кант, обеспечивается наибольшая помехозащищенность ЛФ/ЛИФ-метода. Полученные результаты могут быть использованы при выборе оптимального способа возбуждения флуоресценции PO-фрагментов при реализации ЛФ/ЛИФ-метода дистанционного обнаружения следов органофосфатов.