Главная – Журналы – Оптика атмосферы и океана 2025 номер 11

Определение координат и увеличения восстановленного голографического изображения частицы затруднено из-за отсутствия строгой геометрико-оптической модели, описывающей цифровой голографический процесс. Для получения увеличенных изображений в традиционной оптике и микроскопии, как правило, используют объективы. В цифровой голографии такие изображения можно сформировать без механической фокусировки и применения оптических компонентов, например посредством управления расходимостью пучков освещающего излучения. В настоящей работе обсуждаются вопросы, связанные с оптимизацией оптической схемы цифрового голографирования, осуществляющей безлинзовое увеличение восстановленных изображений, обосновывается целесообразность использования аппарата геометрической оптики при проектировании таких цифровых голографических систем, а также описываются их ограничения. Результаты работы могут быть использованы при проектировании и разработке систем цифровой голографической микроскопии, для высокоточного восстановления и анализа голографических изображений частиц.

Регистрация высокоточных экспериментальных спектров является одной из фундаментальных задач молекулярной спектроскопии. В работе представлены результаты анализа зарегистрированного спектра молекулы ¹⁵N¹⁸O в области 5100-5500 см^-1. Было обнаружено 187 положений вращательных линий в колебательной полосе 3-0 основных переходов между электронными состояниями ²Π_1/2 и ²Π_3/2 с максимальным значением вращательного квантового числа J = 32,5. Впервые наблюдалось Λ-расщепление в данной полосе. Определены положения и относительные интенсивности как разрешенных, так и неразрешенных Λ-дублетов. Проведена совместная взвешенная обработка всех известных колебательно-вращательных частот переходов в микроволновой и инфракрасной областях спектра. В результате обработки определены постоянные «типа Данхэма» для изотополога ¹⁵N¹⁸O в основном электронном состоянии. С найденными постоянными проведены предсказательные расчеты положений вращательных линий всех полос, соответствующих колебательным переходам между состояниями с ν ≤ 3 и вращательным квантовым числом J ≤ 37,5. Полученные в работе экспериментальные данные несут новую спектроскопическую информацию об изотопологе ¹⁵N¹⁸O и обогащают фундаментальные знания о молекуле моноокиси азота.

Хлороформ является одним из опасных загрязнителей атмосферы. Для контроля его содержания в атмосфере методами абсорбционной спектроскопии необходимо знание частот спектральных линий. Представлены спектры поглощения изотополога хлороформа CH³⁷Cl₃ в газовой фазе, измеренные с помощью нестационарного спектрометра высокого разрешения в диапазоне 118-175 ГГц. Уточнена идентификация линий хлороформа, представленная в литературе и приписанная колебательному состоянию v₂ для CH³⁵Cl₃, показана их принадлежность изотопологу CH³⁷Cl_3. Результаты эксперимента сопоставлены с проведенными нами теоретическими оценками центров линий поглощения вращательного спектра этой молекулы в том же диапазоне. Для изотополога CH³⁷Cl₃ в основном состоянии обнаружены и идентифицированы линии поглощения вблизи 131,4; 137,6; 150,1 и 156,4 ГГц. Из экспериментальных данных найдены молекулярные константы CH³⁷Cl₃ B = 3129,56 МГц, D_J = 1,34 кГц, D_JK = -2,25 кГц со среднеквадратичной ошибкой, равной 7,84 × 10^-2 МГц, которые с большей точностью определяют частоты переходов на участках спектров поглощения вблизи 150,1 и 156,4 ГГц, чем литературные значения B = 3129,61 МГц, D_J = 1,37 кГц, D_JK = -2,28 кГц со среднеквадратичной ошибкой, равной 11,55 × 10^-2 МГц. Представленные результаты могут быть использованы для контроля содержания хлороформа в атмосфере.

Основной проблемой в солнечной энергетике является снижение оптических потерь при отражении света от поверхности фотоэлектрических элементов. В настоящей работе представлены результаты численных исследований антиотражающих свойств наноструктурированных покрытий из диоксида кремния (SiO₂), нанесенных на поверхность солнечного элемента. Рассмотрены два типа пористых антиотражающих покрытий: из многослойной сборки наносфер и вертикальных воздушных нанопор, внедренных в сплошной слой диоксида кремния. Проведена оценка эффективности пропускания света в зависимости от толщины и типа антиотражающего покрытия. Установлено, что эффективность преобразования солнечной энергии в электричество может существенно различаться в разных спектральных диапазонах для одного и того же типа антиотражающего покрытия. Показано, что покрытие из вертикальных нанопор в большинстве случаев обеспечивает более эффективное преобразование падающего светового излучения, чем пористый слой, образованным упорядоченной микросборкой наносфер. Полученные результаты имеют важное значение для разработки более эффективных солнечных элементов и могут быть использованы при создании антиотражающих покрытий для повышения общей производительности фотоэлектрических устройств.

Большинство измерений аэрозольного ослабления атмосферы проводятся в видимой и ближней ИК-областях спектра. Для многих задач атмосферной оптики необходимы данные о спектральном ходе коэффициентов аэрозольного ослабления в видимой и ИК- областях, включая «окно прозрачности» атмосферы 8-12 мкм. В связи с этим большой интерес представляют модели, позволяющие по измерениям в видимой области спектра рассчитать ослабление в видимой и ИК-областях спектра. В настоящей работе предложена однопараметрическая модель спектрального хода коэффициента аэрозольного ослабления в приземном слое атмосферы. Входным параметром модели является коэффициент аэрозольного ослабления на длине волны 0,55 мкм или метеорологическая дальность видимости ( S _m). Она позволяет рассчитать средние значения коэффициента аэрозольного ослабления в области спектра 0,44-12 мкм при S _m > 8 км. Модель можно использовать для оценки эффективности работы разных оптических систем и разделения аэрозольного ослабления на субмикронную и грубодисперсную компоненты.

Естественное гамма-излучение легко проникает в клетки организма, оказывая разрушительное воздействие на все его структуры и вызывая широкий спектр болезней. Оно играет активную роль в атмосфере, участвуя в электрических процессах и образовании ионов, что сказывается на облакообразовании, режиме осадков, радиационном балансе и т.д. Информации о вертикальном распределении гамма-фона над территорией России крайне мало, поэтому в настоящей работе обобщаются результаты самолетного зондирования за период 2003-2025 гг. На основе многолетних данных был рассчитан среднемноголетний профиль значений гамма-фона над югом Западной Сибири, который показывает нелинейное возрастание с высотой. Среднее значение в приземном слое воздуха составило за этот период 0,11 мкЗв/ч и изменялось в пределах 0,03-0,25 мкЗв/ч. На высоте 10 км средний уровень гамма-фона равнялся 2,35 мкЗв/ч и варьировался в диапазоне 2,18-2,80 мкЗв/ч. Анализ широтного распределения выявил пояс 60-70° с.ш. с повышенным значением гамма-излучения; южнее и севернее гамма-фон был меньше. Также проведенный анализ позволил выявить слабовыраженный годовой ход гамма-фона с максимумом в ноябре и минимумом в августе, который нехарактерен для других атмосферных параметров. Результаты исследования позволяют обосновать выбор метрологических параметров приборов и средств защиты от радиационного излучения и оценить риски возникновения радиационных эффектов.

Стратосферные полярные вихри, формирующиеся над полярными областями поздней осенью, представляют собой крупномасштабные циклональные образования, устойчивость которых в зимне-весенний период определяет масштабы и глубину весеннего разрушения озона. Методом оконтуривания вихрей на основе данных реанализа ERA5 выявлены особенности вертикальной динамики арктического и антарктического полярных вихрей в 2020 г. во время их рекордного усиления, сопровождавшегося формированием наиболее крупных и продолжительных озоновых аномалий в Арктике и Антарктике. Рассмотрена согласованность во временных изменениях динамики вихря на разных стратосферных уровнях. Разрушение полярных вихрей в 2020 г. наблюдалось с конца весны по начало лета и распространялось сверху вниз в течение одного-двух месяцев. В динамике арктического полярного вихря прослеживались три пика активности, распространявшихся из верхней стратосферы в нижнюю в пределах месяца. В динамике антарктического полярного вихря - один пик активности, распространявшийся из верхней стратосферы в нижнюю в течение двух месяцев. В качестве возможной причины рекордного усиления полярных вихрей в 2020 г. предложена аномальная продолжительность западной фазы квазидвухлетней цикличности в средней стратосфере. Полученные результаты могут быть использованы при оценке рисков повышения приземного уровня опасного для биосферы УФ- Б -излучения.

Целью работы является нахождение оптимальной длины волны зондирующего излучения подповерхностного водного слоя из воздушной среды для определения: наименьшего поглощения излучения, минимальной паразитной флуоресценции, минимальной расходимости излучения, минимального рассеяния излучения в толще воды. Данные параметры зависят от типа используемого зондирующего лазера. Объектом исследований являлись образцы воды из Черного моря, взятые в 200 м от берега непосредственно перед проведением исследований, и образцы, хранившиеся год в светозащищенной герметичной таре. Для обоих образцов исследованы: индикатриса рассеяния излучения, спектральные коэффициенты пропускания, расходимость лазерного пучка, распределение по размерам содержащейся в образцах органической взвеси и ее влияние на спектры флуоресценции. Использовались серийные полупроводниковые лазеры с длинами волн 450, 520 и 660 нм. Показано, что оптимальный лазер для подводного зондирования - лазер с длиной волны 450 нм, поскольку такое излучение имеет наименьшее ослабление в толще воды (0,5 дБ/м), наименьшее пятно рассеяния и минимальную флуоресценцию. Частицы органической взвеси в образцах, взятых непосредственно перед исследованиями и хранившихся год, существенно не влияют на гидрооптические характеристики морской воды. Результаты исследований могут быть использованы при проектировании надводных и подводных систем лазерного зондирования морской поверхности.

Получение качественной спутниковой информации важно для решения широкого круга задач мониторинга земной поверхности, например состояния лесов, продуктивности сельскохозяйственных угодий и др. Для выполнения качественной атмосферной коррекции (устранения искажающего влияния атмосферы) спутниковых изображений земной поверхности необходимо учитывать множество факторов, влияющих на принимаемый оптической системой сигнал, в частности неламбертовость отражения поверхности (отличие отражения от закона Ламберта, согласно которому излучение отражается одинаково во всех направлениях и зависит только от освещенности поверхности и коэффициента отражения). В некоторых алгоритмах неламбертовость отражения учитывается после решения задачи в приближении ламбертовского отражения. Используется предположение, что боковой подсвет (принимаемое излучение, отраженное соседними с наблюдаемым участками земной поверхности и рассеянное в атмосфере) формируется только поверхностями с ламбертовским отражением. Выполненные расчеты показывают, что при метеорологической дальности видимости S _M ≤ 6 км неучет неламбертовости приводит к погрешности определения коэффициента отражения, не превышающей 20,3%; неучет неламбертовости отражения при формировании бокового подсвета и дополнительной освещенности создает погрешность не более 12%, а дополнительной освещенности - не более 1,4%. Для более прозрачной атмосферы ( S _M ≥ 6 км) максимальная погрешность для аналогичных моделей не превышает 92, 14 и 1,2% соответственно. При зенитных углах Солнца θ_sun ≤ 60° и оптической оси приемной системы θ _d ≤ 60° погрешности не превышают 30; 7,5 и 1% соответственно. Полученные результаты доказывают возможность учета неламбертовости отражения после учета бокового подсвета и дополнительной освещенности земной поверхности в приближении отражения Ламберта.

Интерес к пониманию влияния лесных экосистем на формирование климатических параметров продолжает расти. В данной работе рассматриваются два подхода к изучению взаимодействия сибирских лесов с атмосферой. По результатам анализа выдвинуто предположение о том, что формирование четырехлетнего цикла в вариациях осадков над лесными массивами может происходить с участием транспирации деревьев. Это предположение позволит понять появление подобной цикличности в метеоданных других регионов с обширными лесными экосистемами. Результаты работы могут быть полезны специалистам, занимающимся проблемами биосферно-атмосферного взаимодействия.

Для эффективного мониторинга озона в тропосфере требуются лидарные системы, работа которых зависит от качества используемых диэлектрических зеркал в ультрафиолетовом диапазоне, в котором традиционные покрытия подвержены ускоренной деградации. Для таких систем разработана конструкция диэлектрического зеркала с высоким коэффициентом отражения на длине волны 266 нм; изготовлено многослойное интерференционное покрытие на основе HfO₂ и SiO₂, оптимизированное с помощью экспериментально полученных дисперсионных данных. Исследовано влияние термического отжига на оптические характеристики покрытия, выявлен температурный предел, превышение которого приводит к деградации структуры. Полученные результаты могут использоваться при создании высокоэффективных оптических элементов для ультрафиолетовых лидаров дифференциального поглощения, а также при разработке других лазерных систем, для которых необходимы диэлектрические зеркала в ультрафиолетовом диапазоне.

Возникновение вихревых структур в пожаре усугубляет его последствия: закрученные высокотемпературные потоки продуктов горения приносят бóльшие, чем во время обычного пожара, разрушения. Выявление таких вихрей - актуальная задача. В настоящей работе в Большой аэрозольной камере ИОА СО РАН тепловизионным методом исследовались одновременно два факела пламени, один из которых (вихревой) получался при помещении неподвижной емкости на оси восходящего закрученного воздушного потока, а другой располагался в емкости без обдува. С помощью быстрого преобразования Фурье временных пульсаций тепловизионного сигнала были рассчитаны частотные спектры мощности температурных пульсаций. Установлен частотный интервал, в котором формы спектров двух факелов существенно различаются. Проанализировано влияние дистанции и стократного уменьшения пространственного разрешения тепловизионного сигнала на эти различия. Результаты работы могут быть использованы противопожарными службами.