3.1. Детектирование молекулы co2.

На рис. 2 представлен спектр поглощения молекулы СО₂. На диапазоне 1,5784 – 1,5791 нм наблюдается максимум поглощения, который подходит для нашего метода.

Рис. 2. Спектр поглощения молекулы СО₂

Для детектировании молекул CO₂ на данном диапазоне эффективнее всего будет использовать перестраиваемый лазер Lotis Tii-2214-PС ОРО и приемник Hamamatsu G8421-05, так как их технические характеристики оптимально подходят.

LT-2214 - параметрический преобразователь (ОРО) излучения третьей гармоники лазеров на YAG:Nd (355 нм) с модулированной добротностью в плавно перестраиваемое излучение ближней ИК, УФ и видимой области спектра. Высокая эффективность генерации обеспечивается кристаллами ВВО, вырезанными для параметрического коллинеарного преобразования по I (LT-2214) и II типу (LT-2215) синхронизма соответственно.

Приставки имеют встроенный комплект спектроделителей, позволяющий работать только с излучением сигнальной (signal) или холостой волн (idler). Для компенсации смещения выходного пучка при угловой перестройке длины волны ОРО преобразователи оснащены кварцевым компенсатором. Встроенное устройство подогрева обеспечивает защиту кристаллов ВВО от влаги и стабильность выходных параметров.

Технические характеристики Lotis Tii-2214-РС ОРО:

Рис. 3. Кривая перестройки лазера.

Область перестройки, нм	Сигнальная волна (SW)		415-690
	«холостая» волна (IW)		715-2300
Частота повторения импульса, Герц		≤50
Типичная ширина линии δλ, нм		≤0.5
Длительность импульса (τ0.5), нс		15
Энергия, мДж		0,5

Технические характеристики Hamamatsu G8421-05:

Спектральный диапазон λ, мкм	Радиус приемной апертуры, см2	NEP, Вт/Гц1/2
0,9 – 1,9	10	1,5*10-13

Расчет параметра CNR.

(15) где CNR – отношение сигнал/шум

<i_s> среднее значение тока сигнала приемника

(16)

где ŋ – эффективность приемной системы

S – ватт-амперная чувствительность приемника

P_lo – мощность гетеродина

P_s – принимаемый сигнал обратного рассеяния

(17)

где T_inst – аппаратная константа

ρ – коэффициент обратного рассеивания

P_S(0) – мощность лазера

α – коэффициент поглощения атмосферы

R_p – радиус приемной аппертутры

D – длина дистанции

<i_n> среднее значение тока шума приемника

(18)

где NEP – мощность эквивалентного шума

В – ширина полосы пропускания электронного тракта

На рис. 4 изображен график зависимости SNR от дистанции. Для дальнейших вычислений мы принимаем значение SNR=10, так как это пороговое условие. R_max находим из рис. 4.

Рис. 4. График зависимости параметра CNR от дистанции.

Для оценки минимальной концентрации вещества, которое можно обнаружить с помощью лидара дифференциального поглощения, можно воспользоваться следующей приближенной формулой:

где C_m(λ_abs) – дифференциальное поглощение исследуемого газа

∆R – пространственное разрешение лидара (зависит от длительности импульса)

[SNR_min] – минимальное значение сигнал/шум, которое достигается лидаром на расстоянии R.

λon , мкм	λoff ,мкм	Rmax, м (400 импульсов усреднения)	Nmin, 1/ м3	ПДК, 1/ м3
1,5791	1,5784	260	1.288*1019	3.315*1017