Том 39, номер 07, статья № 4

Аннотация:

Развитие методов анализа и мониторинга окружающей среды, разработка современных систем связи требует создания достоверных моделей распространения и поглощения лазерного излучения атмосферными компонентами, среди которых ключевую роль играет водяной пар. В настоящей работе представлено описание поглощения пико- и субпикосекундных лазерных импульсов в парах воды с помощью полного коэффициента поглощения (ПКП) в спектральном диапазоне 7000–7450 см^-1. Рассчитана зависимость ПКП от несущей частоты и длительности импульса, а также от толщины поглощающего слоя. Установлены характерные особенности рассматриваемого процесса, обусловленные спецификой сверхбыстрого электромагнитного взаимодействия. Предложенный подход позволит упростить расчет и анализ поглощения лазерных импульсов в парах воды в ближнем инфракрасном диапазоне.

Ключевые слова:

лазерный импульс, пары воды, сечение поглощения, полный коэффициент поглощения, база данных HITRAN

Список литературы:

1. Wolf J.P. Short-pulse lasers for weather control // Rep. Prog. Phys. 2018. V. 81. P. 026001. DOI: 10.1088/1361-6633/aa8488.
2. Kasparian J., Wolf J. Physics and applications of atmospheric nonlinear optics and filamentation // Opt. Express. 2008. V. 16. P. 466–493. DOI: 10.1364/OE.16.000466.
3. Hensel C., Vamos L., Tyulnev I., Elu U., Biegert J. Propagation of broadband mid-infrared optical pulses in atmosphere // PL Photonics. 2024. V. 9. P. 080801. DOI: 10.1063/5.0218225.
4. Gebhardt M., Gaida C., Stutzki F., Hädrich S., Jauregui C., Limpert J., Tünnermann A. Impact of atmospheric molecular absorption on the temporal and spatial evolution of ultra-short optical pulses // Opt. Express. 2015. V. 23. P. 13776–13787. DOI: 10.1364/OE.23.013776.
5. Rairoux P., Schillinger H., Niedermeier S., Rodriguez M., Ronneberger F., Sauerbrey R., Stein B., Waite D., Wedekind C., Wille H., Wöste L., Ziener C. Remote sensing of the atmosphere using ultrashort laser pulses // Appl. Phys. B. 2000. V. 71. P. 573–580. DOI: 10.1007/s003400000375.
6. Zhang X., Zhang X., Li Y., Wei H., Liu J., Li W., Zhao Y., Dai C. A fast and accurate calculation method of water vapor transmission: Based on LSTM and attention mechanism model // Remote Sens. 2025. V. 17. P. 1224. DOI: 10.3390/rs17071224.
7. Naveira L.M., Strycker B.D., Wang J. Ariunbold G.O., Sokolov A.V., Kattawar G.W. Propagation of femtosecond laser pulses through water in the linear absorption regime // Appl. Opt. 2009. V. 48. P. 1828–1836. DOI: 10.1364/ao.48.001828.
8. Мануйлович Е.С., Астапенко В.А., Головинский П.А. Распространение ультракоротких лазерных импульсов в сухом и влажном воздухе // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 2. С. 105–112; Manuilovich E.S., Astapenko V.A., Golovinskii P.A. Propagation of ultrashort laser pulses in dry and humidair // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 3. P. 209–215.
9. Caron C.F.R., Potvlirge R.M. Free-space propagation of ultrashort pulses: Space-time coupling in Gaussian pulse beams // J. Mod. Opt. 1999. V. 46, N 13. P. 1881–1891. DOI: 10.1080/09500349908231378.
10. Astapenko V.A. Absorption of ultrashort laser pulses in an optically dense medium // J. Exp. Theor. Phys. 2024. V. 138, N 1–6. P. 1–5. DOI: 10.1134/S106377612460065X.
11. Gordon I.E., Rothman L.S., Hargreaves R.J., Hashemi R., Karlovets E.V., Skinner F.M., Conway E.K., Hill C., Kochanov R.V., Tan Y., Wcisło P., Finenko A.A., Nelson K., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Campargue A., Chance K.V., Coustenis A., Drouin B.J., Flaud J.–M., Gamache R.R., Hodges J.T., Jacquemart D., Mlawer E.J., Nikitin A.V., Perevalov V.I., Rotger M., Tennyson J., Toon G.C., Tran H., Tyuterev V.G., Adkins E.M., Baker A., Barbe A., Canè E., Császár A.G., Dudaryonok A., Egorov O., Fleisher A.J., Fleurbaey H., Foltynowicz A., Furtenbacher T., Harrison J.J., Hartmann J.–M., Horneman V.–M., Huang X., Karman T., Karns J., Kassi S., Kleiner I., Kofman V., Kwabia–Tchana F., Lavrentieva N.N., Lee T.J., Long D.A., Lukashevskaya A.A., Lyulin O.M., Makhnev V.Yu., Matt W., Massie S.T., Melosso M., Mikhailenko S.N., Mondelain D., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Perrin A., Polyansky O.L., Raddaoui E., Raston P.L., Reed Z.D., Rey M., Richard C., Tóbiás R., Sadiek I., Schwenke D.W., Starikova E., Sung K., Tamassia F., Tashkun S.A., Vander A.J., Vasilenko I.A., Vigasin A.A., Villanueva G.L., Vispoel B., Wagner G., Yachmenev A., Yurchenko S.N. The HITRAN2020 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 277. P. 107949. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107949.
12. Астапенко В.А. Временная зависимость резонансных фотопроцессов, индуцированных электромагнитными импульсами различной длительности // ЖЭТФ. 2022. Т. 162, № 1. С. 5–13.