Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ RAMAN KAI ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ 2012 ΣΑΪΤΗ ΚΥΡΙΑΚΗ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΕΡΓΑΣΙΑΣ:

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ RAMAN KAI ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ 2012 ΣΑΪΤΗ ΚΥΡΙΑΚΗ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΕΡΓΑΣΙΑΣ:"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ RAMAN KAI ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ 2012 ΣΑΪΤΗ ΚΥΡΙΑΚΗ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: Α. ΠΑΠΑΓΙΑΝΝΗΣ

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ  Η Φασματοσκο π ία Raman  Αρχή Λειτουργίας  Μαθηματική π εριγραφή φαινομένου και π ροϋ π οθέσεις για την παρατήρηση της σκέδασης Raman  Εφαρμογές της Φασματοσκοπίας Raman στην ατμόσφαιρα  B ιβλιογραφία

3 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ Για το φαινόμενο της σκέδασης Raman μίλησε πρώτη φορά το 1923, ο Αυστριακός Φυσικός Adolf Smekal, αλλά παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 1928 από τον Ινδό φυσικό Sir C.V Raman. (βραβείο Νόμπελ,1931)

4 ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ Raman  Στηρίζεται στην αυθόρμητη σκέδαση Raman  Εφαρμόζεται στην έρευνα και μελέτη της δομής των μορίων, ιόντων, καθώς και των κρυσταλλικών ενώσεων, αλλά και στην μελέτη των αερολυμάτων, την καταγραφή των υδρατμών και στη μέτρηση της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα.

5 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ( Ι )  Μονοχρωματική ισχυρή δέσμη λέιζερ (λ 0 = nm) προσπίπτει σε αέριο- υγρό-στερεό δείγμα.  Ελαστική Σκέδαση Rayleigh: ( λ RAY = λ 0 )  Ανελαστική σκέδαση Raman: (λ RAMAN ≠ λ 0 )

6 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ( ΙΙ ) E π ροσ π. = Ε σκεδ. E π ροσ π. > Ε σκεδ. E π ροσ π. < Ε σκεδ. Stokes V o - nV m Anti-Stokes V o + nV m

7 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ( Ι I Ι ) ( Demtroeder, 1982) Δν <0 Δν >0 Ε π ιλογή ε π ι π έδων δόνησης και π εριστροφής : Δυ =0,±1 Δ J=0,±2 stokes ɦw o Anti-Stokes

8 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ( Ι V) Δονητικά -π εριστροφικά ενεργειακά ε π ί π εδα Ν 2, Raman μεταβάσεις και φάσματα (Weitkamp, 2005) Δυ = Δ J=0 Rayleigh Δυ=+1 Stokes Δυ=-1 Anti-Stokes ΔJ=0 Q-κλάδος ΔJ=+2 S-κλάδος ΔJ=-2 O-κλάδος

9 ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ (V) ( Weitkamp, 2005) Φάσματα Raman ο π ισθοσκέδασης μορίων της ατμόσφαιρας ( O 2, N 2, H 2 O) 355 nm 376 nm 387 nm 407 nm

10 Εξάρτηση ηλεκτρικού π εδίου ( Ε ) του Η / Μ κύματος α π ό το χρόνο (t): E=E o cos2πV o t 1. Στην π ερί π τωση διατομικού μορίου π ου ακτινοβολείται με φως ε π άγεται ένα ηλεκτρικό δί π ολο ισχύος : P=aE=a E o cos2πV o t ό π ου a=π ολωσιμότητα 2. Αν το μόριο ταλαντώνεται με συχνότητα V m η μετατό π ιση του π υρήνα δίνεται α π ό τη σχέση : q=q o cos2πV m t qo=π λάτος ταλάντωσης ΒΑΣΙΚΕΣ ΣΧΕΣΕΙΣ

11 4. Η π ολωσιμότητα ορίζεται ως : a = a 0 + o q o + ….. 5. Συνδυάζοντας τις π αρα π άνω σχέσεις π αίρνουμε την τελική σχέση για την ισχύ : P = a o E o cos2πV o t + o q o E o [cos{2π(V o -V m )t} + cos{2π(V o +V m )t}]

12 Προϋ π οθέσεις για να π αρατηρηθεί σκέδαση Raman i. Μεταβολή της π ολωσιμότητας κατά τη διάρκεια της δόνησης ii. Μόνο το 1 στα 10 εκατ. φωτόνια σκεδάζεται κατά Raman  Α π αιτούνται ισχυρές μονοχρωματικές π ηγές ακτινοβολίας laser. iii. Η συχνότητα της π ροσ π ί π τουσας δέσμης π ρέ π ει να είναι διαφορετική α π ό τη συχνότητα α π ορρόφησης του δείγματος

13 RAMAN LIDAR – ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑΣ RAMAN ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ

14 Πειραματική διάταξη Raman - Lidar L aser : Nd:YAG (532 nm, 355 nm) Διευρυντής δέσμης Τηλεσκό π ιο Ο π τικός δέκτης Ανιχνευτικές διατάξεις (ΡΜΤ) Ε π εξεργαστής δεδομένων

15 ( Weitkamp, 2005) β R (z)exp P R (z)= Εξίσωση Raman  O(z)= συντελεστής ε π ικάλυψης μεταξύ ακτίνας λειζερ και του FOV ( ο π τικό πεδίο όρασης ) του τηλεσκο π ίου  K R = σταθερά π ου π εριλαμβάνει όλες τις ανεξάρτητες π αραμέτρους του συστήματος  β R (z) = συντελεστής εξασθένησης Raman  α R (z) = συντελεστής ο π ισθοσκέδασης Rayleigh  α ο (z) = συντελεστής ο π ισθοσκέδασης αερολυμάτων

16 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ (Weitkamp, 2005)

17 (Gross et al., 2011)  Μελέτη αερολυμάτων

18 (Papayannis et al., 2012a)  Μελέτη αερολυμάτων ( σωματίδια τέφρας ηφαιστείου - άμμου α π ό Σαχάρα )

19  Μελέτη αερολυμάτων ( Σκόνη α π ό Σαχάρα ) (Papayannis et al., 2012b)

20  Μελέτη αερολυμάτων ( σκόνη α π ό Σαχάρα )

21  Μέτρηση λόγου ανάμειξης υδρατμών

22  Μέτρηση υδρατμών (Mamouri et al., 2008)

23  Μέτρηση υδρατμών (Mamouri et al., 2008)

24  Μέτρηση θερμοκρασίας  0

25  Μέτρηση θερμοκρασίας (Alpers, 2004)

26  Μέτρηση θερμοκρασίας ( Alpers, 2004)

27  Μέτρηση θερμοκρασίας ( Alpers, 2004)

28 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Μέχρι σήμερα … Μέτρηση θερμοκρασίας : 0 – 120 km (Rotational Raman, Rayleigh, Resonance) Μέτρηση υδρατμών : 0 – 40 km (Raman, διαφορική α π ορρόφηση ) Μέτρηση αερολυμάτων : (Raman ( ο π τικές ιδιότητες )) Παράδειγμα : Δίκτυο EARLINET ό π ου συμμετέχει και το Ε. Μ. Π

29 Βιβλιογραφία [1] Ferraro John R., Kazuo Nakamoto Introductory Raman Spectroscopy [2] Weitkamp Claus, Lidar - Range-Resolved Optical Remote Sensing of the Atmosphere [3] Wikipedia.com [4] Aerosol lidar intercomparis on in the framework of the EARLINET project. 3. Raman lidar algorithm for aerosol extinction, backscatter, and lidar ratio. Pappalardo, Gelsomina Aldo Amodeo, Marco Pandolfi, Ulla Wandinger,Albert Ansmann, Jens Bo¨ senberg, Volker Matthias, Vassilis Amiridis, Ferdinando De Tomasi, Max Frioud, Marco Iarlori, Leonce Komguem, Alexandros Papayannis, Francesc Rocadenbosch and Xuan Wang Applied Optics, Vol. 43, Issue 28, pp (2004) [5] Extinction-to-backscatter ratio of Asian dust observed with high-spectral-resolution lidar and Raman lidar. Liu Zhaoyan, Nobuo Sugimoto and Toshiyuki Murayama 20 May (2002) Vol.41, No. 15 APPLIED OPTICS [6]Examination of the traditional Raman lidar technique. I. Evaluating the temperature- dependent lidar equations Whiteman David N. 20 May 2003 Vol. 42, No. 15 APPLIED OPTICS [7] Raman lidar and sunphotometric measurements of aerosol optical properties over Thessaloniki, Greece during a biomass burning episode Balis D.S V. Amiridis C. Zerefos E. Gerasopoulos M. Andreae P. Zanis A. Kazantzidis S. Kazadzis A. Papayannis D.S. Balis et al. / Atmospheric Environment 37 (2003) [8] Atmospheric temperature profiling in the presence of clouds with a pure rotational Raman lidar by use of an interference-filter-based polychromator ACombined Raman lidar for the measurement of atmospheric temperature, water vapor, particle extinction coefficient, and particle backscatter coefficient Behrendt Andreas, Takuji Nakamura, Michitaka Onishi, Rudolf Baumgart and Toshitaka Tsudandreas Behrendt and Jens Reichardt APPLIED OPTICS Vol. 39, No. 9 y 20 March (2000) [9] Automated Retrievals of Water Vapor and Aerosol Profiles from an Operational Raman Lidar Turner D.Pacific Northwest National Laboratory, Richland, Washington 20 December (2002) Vol. 41, No.36 APPLIED OPTICS.

30 Βιβλιογραφία [ 10] Vertical aerosol distribution over Europe:Statistical analysis of Raman lidar data from 10 European Aerosol Research Lidar Network (EARLINET) stations Matthias V, D. Balis, J. Bo¨ senberg, R. Eixmann, M. Iarlori, L. Komguem,. Mattis, A. Papayannis, G. Pappalardo, M. R. Perrone and X. Wang JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 109, D18201, doi: /2004JD004638, (2004) [11] Raman lidar monitoring of extinction and backscattering of African dust layers and dust characterization Tomasi F.De, A. Blanco and M. R. Perrone Applied optics, (2003) [12] The ALOMAR Rayleigh/Mie/Raman lidar: objectives,con®guration, and performance Zahn U. G. von Cossart J. Fiedler K. H. Fricke G. Nelke G. Baumgarten D. Rees A. Hauchecorne K. Adolfsen Ann. Geophysicae 18, 815±833 (2000) [13] Optical properties of Saharan dust layers as detected by a Raman lidar at Thessaloniki, Greece Balis D.S, V. Amiridis, S. Nickovic,A. Papayannis and C. Zerefos GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 31, L13104, doi: /2004GL019881, (2004) [14] Characterization of Asian dust and Siberian smoke with multiwavelength Raman lidar over Tokyo, Japan in spring 2003 Murayama Toshiyuki,Detlef Mu¨ ller,Katsuya Wada,Atsushi Shimizu,Miho Sekiguchi,and Tatsuro Tsukamoto GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 31, L23103, doi: /2004GL021105, (2004) [15] Inversion of multiwavelength Raman lidar data for retrieval of bimodal aerosol size distribution Veselovskii Igor, Alexei Kolgotin, Vadim Griaznov, Detlef Muller, Kathleen Franke and David.N.Whiteman APPLIED OPTICS Vol. 43, No February (2004) [16] Raman lidar observations of aged Siberian and Canadian forest fire smoke in the free troposphere over Germany in 2003 Muller Detlef, Ina Mattis, Ulla Wandinger, Albert Ansmann, and Dietrich A. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 110 (2005)

31 Βιβλιογραφία [17] Raman lidar measurements of water vapor and cirrus clouds during the passage of Hurricane Bonnie Whiteman D.N., K. D. Evans, B. Demoz, D. O’C. Starr, E. W. Eloranta, D. Tobin, W. Feltz, G. J. Jedlovec, S. I. Gutman, G. K. Schwemmer, M. Cadirola, S. H. Melfi and F. J. Schmidlin JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 106, NO. D6, MARCH 27, (2001) [18] Raman lidar observations of aerosol emitted during the 2002 Etna eruption Pappalardo Gelsomina, Aldo Amodeo, Lucia Mona, Marco Pandolfi, Nicola Pergola and Vincenzo Cuomo GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 31, L05120, (2004) [19] Aerosol lidar intercomparison in the framework of the EARLINET project. 1. Instruments Matthias Volker, Volker Freudenthaler, Aldo Amodeo, Ioan Balin, Dimitris Balis, Jens Bosenberg, Anatoly Chaikovsky, Georgios Chourdakis, Adolfo Comeron, Arnaud Delaval, Ferdinando De Tomasi, Ronald Eixmann, Arne Hågård, Leonce Komguem, Stephan Kreipl, Renaud Matthey, Vincenzo Rizi, Jose´ Anto´ nio Rodrigues, Ulla Wandinger and Xuan Wang February(2004) Vol. 43, No. 4 APPLIED OPTICS [20] Raman Lidar Measurements during the International H2O Project. Part I: Instrumentation and Analysis Techniques WHITEMAN D.N, B. DEMOZ, P. DI GIROLAMO, J. COMER, VESELOVSKII, K. EVANS, Z. WANG, M. CADIROLA, K. RUSH, G. SCHWEMMER, B. GENTRY, S. H. MELFI, D. VENABLE, T. VAN HOVE Volume 23 Journal of Atmospheric and Oceanic Technology February (2006) [21] Rotational Raman Lidar measurements of atmospheric temperature in the UV Girolamo P. Di,R. Marchese, D. N. Whiteman and B. B. Demoz GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 31, L01106, (2004) [22] Ice formation in Saharan dust over central Europe observed with temperature//humidity//aerosol Raman lidar Ansmann Albert, Ina Mattis, Detlef Mu e ller, Ulla Wandinger, Marcus Radlach,and Dietrich Althausen JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 110, D18S12, (2005).

32


Κατέβασμα ppt "ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΑ RAMAN KAI ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ 2012 ΣΑΪΤΗ ΚΥΡΙΑΚΗ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΕΡΓΑΣΙΑΣ:"

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google