Лаборатория атмосферной абсорбционной спектроскопии

Руководитель - д.ф.-м.н., профессор Пономарев Юрий Николаевич

Основные направления научной деятельности

лазерная и Фурье-спектроскопия селективного и неселективного поглощения атмосферных молекул, молекулярных комплексов и атмосферных наночастиц;
исследования влияния малых газовых составляющих атмосферы на ослабление оптической радиации;
развитие физических основ методов и создание на их основе приборов для диагностики газовых эмиссий из лито-, гидро-, и биосферы в атмосферу;
развитие техники многоволнового лазерного газоанализа.

Фундаментальные результаты приоритетного характера

Впервые определены значения диаметров нанопор в аэрогелях и их зависимости от плотности образца по измеренным ширинам спектральных линий поглощения CO. Впервые экспериментально обнаружена сильная зависимость полуширин спектральных линий CO, находящегося в нанопорах, от вращательных квантовых чисел. Эти данные позволят повысить точность метода спектроскопической нанопорометрии.

Зависимость полуширин спектральных линий CO от квантовых вращательных чисел (1) - в аэрогеле; (2) – в ксерогеле с размером пор 80 нм [J.-M. Hartmann, C. Boulet, J. Vander Auwera, H. El Hamzaoui, B. Capoen and M. Bouazaoui, “Line broadening of confined CO gas: From molecule-wall to molecule-molecule collisions with pressure,” J. Chem. Phys. 140, 064302 (2014)]; (3) – в обычных условиях. Для удобства сравнения серии значений (2) и (3) были умножены на 3.5 и 47 соответственно (m= J + 1 для R ветви и m = −J для P ветви полосы поглощения CO)
Доказано, что континуальное поглощение излучения в чистом водяным паре в полосах ближнего ИК диапазона обусловлено димерами воды. На основе анализа последних экспериментальных и теоретических результатов с высокой степенью достоверности показано, что спектральная структура этого поглощение формируется как результат взаимодополняющего вклада связанных и квазисвязанных димеров. Показано также, что континуальное поглощение водяного пара в окнах прозрачности атмосферы в ближнем ИК на порядок величины превышает предсказания современных наиболее распространенных моделей континуума, включая модель MT_CKD. Для исследования использовались фурье спектры, полученные в Rutherford Appleton Laboratory (MSF RAL, UK). Исследования проводились также в сотрудничестве и при финансовой поддержке Department of Meteorology University of Reading (UK) и Института физики атмосферы им. Обухова, РАН.

Экспериментальный континуум (Paynter et al., JGR-2009) в сравнении с вкладом от связанных (Kjaergaard et al., J. Phys. Chem. 2008) и квазисвязанных димеров. Рисунок из работы Ptashnik et al., JQSRT (2011).
В результате комплексных исследований в спилах хвойных деревьев впервые обнаружены повышенные, по сравнению с атмосферным воздухом, концентрации СО2 и H2O имеющие погодичные распределения (хронологии) длительностью до 300 лет. Из них присутствует собственный 4-летний биологический цикл, на который влияют климатические параметры – осадки, температура, облачность. Для расширения списка газов измерены Фурье-спектры поглощения газовых проб из годичных колец спилов хвойных деревьев. Обнаружено, что наряду с основным изотопом углекислого газа 12СО2 в пробах присутствует изотоп 13СО2.

Фурье-спектр поглощения газовой пробы из годичного кольца спила 300-летней лиственницы (кольцо 1777 года).

Научно-технические программы и контракты

Программа II.10. Актуальные проблемы оптики и лазерной физики, в том числе достижение предельных концентраций мощности и энергии во времени, пространстве и спектральном диапазоне, освоение новых диапазонов спектра, спектроскопия сверхвысокого разрешения и стандарты частоты, прецизионные оптические измерения, проблемы квантовой и атомной оптики, взаимодействие излучения с веществом.
- Проект II.10.3.4. «Развитие лазерных и оптических методов зондирования атмосферы».
- Проект II.10.3.7. «Исследование спектров высокого разрешения парниковых газов и газов озонного цикла для целей их мониторинга с помощью спектральной аппаратуры наземного и бортового базирования».
- Проект II.10.3.8. «Исследование неселективного поглощения инфракрасного излучения газовыми составляющими атмосферы».
Программа VIII.80. Научные основы разработки методов, технологий и средств исследования поверхности и недр Земли, атмосферы, включая ионосферу и магнитосферу Земли, гидросферы и криосферы; численное моделирование и геоинформатика: инфраструктура пространственных данных и ГИС-технологии.
- Проект VIII.80.1.3. «Развитие физических основ спектроскопических и радиометрических методов исследования газовых эмиссий лито-, био- и техносферы для экологического мониторинга и специального контроля».
Интеграционный проект СО РАН № 79 междисциплинарных фундаментальных исследований «Влияние космических лучей на конденсацию атмосферного водяного пара и процессы облакообразования»
Международный контракт «Аэрозольно-флуоресцентный лидар» (Радуга-2) с Цзилинским экономическим и техническим центром по международному обмену, Китай, г. Чаньчунь.
Грант Президента Российской Федерации МК-7801.2015.2 для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук «Исследование влияния вращательной энергии молекул на уширение линий поглощения, индуцированных столкновениями со стенками нанопор».
Проект РНФ 16-17-10096 «Определение континуального поглощения инфракрасного излучения водяным паром в окнах прозрачности атмосферы».

Научно-технические разработки

Прецизионный зеркальный модулятор интенсивности лазерного излучения

Предназначен для поддержания частоты модуляции лазерного излучения в задачах, в которых требуется повышенная точность и долговременная стабильность.
Области применения: для спектрометров широкого применения с модуляцией интенсивности излучения, и в оптико-акустических спектрометрах с дифференциальной резонансной ячейкой.

Базовый модуль дистанционного газоанализатора с лазерами ИК диапазона

Предназначен для создания трассовых газоанализаторов на основе лазеров среднего ИК диапазона: волноводных лазеров на изотопах СО₂ с дискретной перестройкой длины волны генерации, квантово-каскадных полупроводниковых лазеров с быстрым сканом частоты, параметрических генераторов ИК диапазона.
Области применения: научное приборостроение для задач экологии и безопасности.

Зеркальный телескоп с встроенной камерой контроля точности наведения

Компактная и лёгкая зеркальная многокомпонентная оптическая система, разработанная на основе телескопа системы Мерсена, предназначена для установки в качестве приёмного объектива в системы лазерного дистанционного зондирования.
Предназначен для применения в мобильных лидарах.

Трёхволновый расширитель лазерного пучка

Компактная линзовая многокомпонентная трёхволновая оптическая система, предназначена для установки в качестве коллиматора в системы лазерного дистанционного зондирования, позволяющая одновременно проводить зондирование на разных длинах волн (основная, третья и четвёртая гармоники Nd:YAG-лазера) и дистанциях. Может применяться в лидарах и дистанционных газоанализаторах.

Лидар "ФАРАН-М2"

Mобильный многоволновый аэрозольный лидар. Работает на трех длинах волн лазерного излучения – 1062, 355, 266 нм с двумя два каналами приёма сигнала – ИК канал рассеяния и УФ канал комбинационного рассеяния и флуоресценции. Предназначен для обнаружения и исследования распространения в атмосфере естественных и антропогенных аэрозольных образований и газов.
Области применения: исследование распространения и трансформации аэрозольных газовых образований различного происхождения, изучение оптических свойств тропосферы и стратосферы, контроль загрязнения атмосферы и определение источников этих загрязнений.

Сканатор лидара со снятыми кожухами

Мобильный лидар "ФАРАН-М2"

Сотрудники

Агеев Борис Григорьевич, снс, к.ф.-м.н., E-mail: ageev@iao.ru
Воронина Юлия Викторовна, нс, к.ф.-м.н, E-mail: yulia@iao.ru
Капитанов Венедикт Андреевич, снс, к.ф.-м.н., E-mail: venedikt@iao.ru
Климкин Антон Владимирович, нс, тел: (3822) 12-30, E-mail: anton@iao.ru
Кураева Татьяна Еремеевна, снс, к.ф.-м.н., E-mail: kte@iao.ru
Куряк Алексей Николаевич, ведущий электроник, E-mail: kurjak@iao.ru
Никифорова Ольга Юрьевна, снс, к.ф.-м.н., E-mail: nik@iao.ru
Осипов Константин Юрьевич, ведущий программист, к.т.н., тел: (3822) 13-76, E-mail: osipov@iao.ru
Пономарев Юрий Николаевич, гнс, д.ф.-м.н., профессор, тел: (3822) 492-020, 491-111 + 10-04, E-mail: yupon@iao.ru
Протасевич Александр Евгеньевич, снс, к.ф.-м.н, E-mail: a.e.protasevich@mail.ru
Сапожникова Валерия Александровна, ведущий инженер, E-mail: sapo@iao.ru
Симонова Анна Андреевна, нс, к.ф.-м.н., E-mail: saa@iao.ru
Солодов Александр Александрович, снс, к.ф.-м.н., E-mail: asolodov@iao.ru
Ченцов Алексей Владимирович, нс, к.ф.-м.н., E-mail: cav@iao.ru
Чеснокова Татьяна Юрьевна, снс, к.ф.-м.н., E-mail: ches@iao.ru