Ионосферный лидар для диагностики ионосферной плазмы

Лидарная станция для исследования средней и верхней атмосферы ИКИР ДВО РАН установлена и запущена в эксплуатацию в 2010 году в составе:

 

Передающая система:

  • Твердотельный Nd:YAG лазер Brilliant-B с частотой 10 Гц, длиной волны 532 нм и энергией импульса 0.4 Дж.

  • Лазер на красителях TDL-90 с перестраиваемой частотой.

  • Твердотельный Nd:YAG лазер YG982E с возможностью работы как на длинах волн 355 нм (0.8 Дж/имп), 532 нм (1.2 Дж/имп) и 1064 нм (2.4 Дж/имп). Используется в качестве лазера накачки для лазера TDL-90.

Приемная система:

  • Крупногабаритный телескоп Ньютона с диаметром основного зеркала 60 см. Принятый телескопом сигнал может подаваться целиком на ФЭУ либо на спектрофотометр SP-2500i, либо делиться и подаваться на оба приемника одновременно.

  • Спектрофотометр SP-2500i с пикосекундной камерой PicoStar HR 12.

  • Фотоумножители ФЭУ Hamamatsu M9003-01, счетчики фотонов  Hamamatsu M8784 (2 комплекта).

    Ионозонд Парус-А разработки ИЗМИРАН для зондирования атмосферы и получения информации о содержании плазмы в ионосфере.

 

    Оборудование находится на территории института в техническом здании №1. 

 

               Laser_TDL-90

Рис. 1. Лазер TDL-90 c перестраиваемой частотой и лазером накачки YG-982E, стойка регистрации данных.

 

 

              Telescope

Рис. 2. Телескоп, фотоэлектронный умножитель, спектроанализатор SP-2500i с камерой PicoStar HR 12.

 

Установка предназначена для:

  1. Регистрации рэлеевского рассеяния лазерного излучения аэрозолями в области средней атмосферы (10-80 км)

  2. Исследование резонансного рассеяния лазерного излучения атомами и ионами верхней а и средней атмосферы (10-500 км). В области 200-400 и 60-90 км обнаружено резонансное рассеяние. Показано, что рассеяние происходит на ионах атома азота и кислорода в возбужденных состояниях.

     

Основная цель использования оборудования


 

    Использование анализатора спектра с пикосекундной камерой PicoStar HR позволяет настроить длину волны излучение лазер с точностью до 0.01 нм. Это необходимо при настройке лазера TDL-90 с шириной спектра излучения равной 0.025 нм. Рассеяние на длине волны 532.095 на возбужденных ионах атома азота попадает в спектр твердотельных лазеров с рабочей длиной волны 532 нм. Оно может служить индикатором появления процессов ионизации в ночной атмосфере.


 

Основные научно-технические задачи


 

    С помощью лидарного комплекса на Камчатке исследуется динамика атмосферного аэрозоля на высотах до 80 км и его влияние на распространение радиоволн коротковолнового диапазона.

   Перестраиваемое лазерное излучение и спектральное оборудование позволяет регистрировать резонансное рассеяние на возбужденных ионах азота и кислорода, образующихся в средней атмосфере при ионизации молекулярных азота и кислорода, а также озона, регистрировать изменения F2 слоя ионосферной плазмы в условиях высыпаний электронов во время интенсивных космических и геофизических процессов.

   Лидарное зондирование атмосферы на Камчатке сопровождается комплексными радионаблюдениями: ионосферными наблюдениями, измерениями магнитных и электрических полей, регистрацией оптического свечения ночного неба и интенсивности космических лучей. Для наблюдений за различными слоями атмосферы используются также данные спутниковых систем.


 

Основные научные результаты


 

- получены данные лидарных наблюдений, подтверждающие эпизодическое появление светорассеивающего слоя на высотах нижней термосферы.

- предложен метод лазерного зондирования атмосферы в области высот 10-500 км. Регистрация резонансного рассеяния на возбужденных ионах атомов азота и кислород, возникает при появлении процессов ионизации, и позволяет оценить энергию и спектр высыпавшихся электронов.

- разработан механизм формирования сигнала резонансного рассеяния на возбужденных ионах основных атмосферных газов с малым временем жизни. Что позволит оценивать потенциальную эффективность лидара при выборе его рабочей длины волны.

- показано, что регистрация повышенного светорассеяния в области 60-80 км может вызываться высыпаниями электронов с энергиями 100-600 кэВ. Аэрозольные образования в этих случаях следует считать мнимыми.


 

Контактная информация

 

vasily.v.bychkov@gmail.com – Бычков Василий Валентинович

 

marpl@ikir.ru – Мапапулец Юрий Валентинович

 

т. 8-41531-33-193, факс 8-41531-33-718 

 

Вы можете оставить Ваш отзыв или предложение по теме данной статьи через форму обратной связи.