Том 37, номер 10, статья № 1

Аннотация:

Оптико-акустический (ОА) метод широко применяется при исследовании поглощения оптического излучения различными средами. Как правило, предполагается, что полезный сигнал формируется при релаксации колебательно-возбужденных молекул с общим характерным временем t_VT. Рассмотрена кинетика тепловыделения в ОА-ячейке при поглощении лазерного импульса в смеси двух молекулярных газов с двумя независимыми каналами колебательно-поступательной релаксации с сильно различающимися временами. Приведен пример расчетов кинетики тепловыделения для смеси Н₂О и СО₂ при поглощении моноимпульса излучения СО₂-лазера при вариациях концентраций газов. Установлено, что при интерпретации результатов ОА-измерений необходимо учитывать соотношение между длительностью импульса возбуждающего лазерного излучения и характерными временами колебательно-поступательной релаксации в исследуемой смеси газов. Полученные результаты применимы для оценки потерь лазерного излучения и изменения оптических характеристик многокомпонентной газовой среды (в том числе воздуха) в канале распространения мощного лазерного импульса.

Ключевые слова:

газоанализ, длительность импульса излучения, оптико-акустический сигнал, молекулярное поглощение, VT-релаксация, СО2-лазер

Список литературы:

1. Немец В.М., Пастор А.А. Лазеры в аналитике: возможности и перспективы развития импульсных лазеров ультракороткого диапазона // Химическая физика. 2017. Т. 36, № 2. С. 70–74. DOI: 10.7868/S0207401X17020157.
2. Hongda Li., Коновалов И.Н., Панченко Ю.Н., Пучикин А.В., Андреев М.В., Бобровников С.М. Импульсный СО₂-лазер с накачкой продольным разрядом в переменном магнитном поле // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 11. С. 953–957. DOI: 10.15372/AOO20231112; Hongda Li, Konovalov I.N., Panchenko Yu.N., Puchikin A.V., Andreev M.V., Bobrovnikov S.M. Pulsed CO₂ laser pumped by a longitudinal discharge in an alternating magnetic field // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 1. P. 118–122.
3. Gao R., Liu Ya., Qi S., Song L., Meng J., Liu Ch. Influence mechanism of the temporal duration of laser irradiation on photoacoustic technique: A review // J. Biomed. Opt. 2024. V. 29, N S1. P. S1 1530-1–S1 1530-19. DOI: 10.1117/1.JBO.29.S1.S11530.
4. Козинцев В.И., Белов М.Л., Городничев В.А., Федотов Ю.В. Лазерный оптико-акустический газоанализ многокомпонентных газовых смесей. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. 352 с.
5. Пономарев Ю.Н., Агеев Б.Г., Зигрист М.В., Капитанов В.А., Куртуа Д., Никифорова О.Ю. Лазерная оптико-акустическая спектроскопия межмолекулярных взаимодействий в газах / под ред. Л.Н. Синицы. Томск: РАСКО, 2000. 200 с.
6. Mitrayana D., Nikita J.G., Wasono M.A.J., Satriawan M. CO₂ laser photoacoustic spectrometer for measuring ethylene, acetone, and ammonia in the breath of patients with renal disease // Sens. Bio-Sens. Res. 2020. V. 30, N 100387. DOI: 10.1010/j.sbsr.2020. 100387.
7. Агеев Б.Г., Сапожникова В.А., Груздев А.Н., Савчук Д.А. Хронологии газовых составляющих в древесных кольцах спилов лиственных деревьев // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 7. С. 602–609. DOI: 10.15372/AOO20230710; Ageev B.G., Sapozhnikova V.A., Gruzdev A.N., Savchuk D.A. Chronologies of gas components in deciduous tree rings // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 6. P. 816–823.
8. Буренин А.В. Теоретический анализ газовой ячейки радиоспектроскопа с акустическим детектором // Изв. вузов. Радиофиз. 1974. Т. XVII, № 9. С. 1291–1303.
9. Верещагина Л.Н., Жаров В.П., Шипов Г.И., Штепа В.И. Особенности импульсного оптико-акустического эффекта в газах // Журн. теор. физ. 1984. Т. 54, № 2. С. 342–347.
10. Cotterell M.I., Ward G.P., Hibbins A.P., Haywood J.M., Wilson A., Langridge J.M. Optimizing the performance of aerosol photoacoustic cells using a finite element model. Part 1: Method validation and application to single-resonator multipass cells // Aerosol Sci. Tech. 2019. V. 53, N 10. Р. 1107–1127. DOI: 10.1080/02786826.2019.1650161.
11. Liu X., Wu H., Dong L. Methodology and applications of acousto-electric analogy in photoacoustic cell design for trace gas analysis // Photoacoustics. 2023. V. 30. P. 100475. DOI: 10.1016/j.pacs.2023.100475.
12. Протасевич А.Е. Уточнение некоторых аналитических решений для оптико-акустического сигнала в жидкостях и газах // Оптика атмосф. и океана. 2010. Т. 23, № 11. С. 1021–1026.
13. Куряк А.Н., Помазкин Д.А., Тихомиров Б.А. Генерация сигнала оптико-акустического детектора в смесях поглощающего газа с водородом // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 9. С. 730–734. DOI: 10.15372/AOO20220906.
14. Bauer H.-J. Son et lumiere or the optoacoustic effect in multilevel systems // J. Chem. Phys. 1972. V. 57, N 8. Р. 3130–3145.
15. Rooth R.A., Verhage A.J.L., Wouters L.W. Photoacoustic measurement of ammonia in the atmosphere: Influence of water vapor and carbon dioxide // Appl. Opt. 1990. V. 29, N 25. P. 3643–3653.