КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 19-19-00712
НазваниеРазработка безопасного для глаз лидара нового поколения на основе счётчика фотонов для поиска предвестников землетрясений
Руководитель Першин Сергей Михайлович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" , г Москва
Конкурс №35 - Конкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-608 - Инженерно-технические и информационные автоматизированные системы мониторинга биоресурсов, биосферы и технических систем
Ключевые слова аэрозольный лидар, безопасность для глаз, тектонический аэрозоль, сжатие и расширение литосферы Земли, предвестники землетрясений
Код ГРНТИ29.33.51
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В проекте будет разработан и собран лидар (лазерный радар) на основе счётчика фотонов и импульсного диодного лазера. Прогресс в разработке высокоэффективных квантовых счётчиков и однофотонных приемников, работающих без промежуточных усилителей электрического сигнала, позволил разработать и создать лидары нового поколения с предельно малым уровнем излучения на трассе зондирования, сравнимым или меньшим интенсивности естественной освещенности. При этом вероятность регистрации фотонов рассеянного лазерного излучения при каждом включении лазера меньше единицы. Поэтому в таких лидарах для получения представительной физической информации об объекте исследования необходимо использовать длинный цуг лазерных импульсов. Это позволяет использовать диодные лазеры с большой частотой повторения и малой энергией импульсов. Данный тип лидаров работает с безопасным для глаз уровнем лазерного излучения, не имеет «мёртвой» зоны (позволяет проводить измерения непосредственно от выходного окна лидара на коротких трассах).
Лидар будет использован для ряда приложений, главным из которых будет мониторинг в замкнутом объёме аэрозолей, выносимых тектоническими газами (водород, гелий и радон) в регионах с сейсмической активностью. Высокая проникающая способность этих газов даёт основание допустить, что они поднимаются к поверхности с большой глубины литосферы и выносят аэрозоли, количество которых промодулировано тектоническими процессами. Вариация тектонического аэрозоля в замкнутом объёме отражает процессы сжатия-расширения литосферы на большой глубине, недоступной для других индикаторов, несущих информацию о предвестниках землетрясений. Поиск и выявление характерных для предвестников признаков модуляции аэрозоля на частотах главных (лунных) приливных волн, которые периодически возмущают геоид Земли, является весьма актуальной задачей.
В 2018 году мы впервые с помощью аэрозольного лидара предыдущего поколения, работающего в режиме счёта фотонов, обнаружили корреляцию выхода тектонического аэрозоля в замкнутом тоннеле лазерного деформографа с расширением и сжатием земной коры, которые измерялись деформографом [Першин С.М. и др. Краткие сообщения по физике, ФИАН, №7, 32-38, 2018]. Принципиальным и важным результатом является то, что тектонический аэрозоль является новым, не известным ранее носителем информации о процессах деформации литосферы и мантии Земли. Особый интерес здесь представляет поиск предвестников землетрясений. Отсутствие подобных результатов в открытой печати определяет научную новизну проекта.
В рамках данного проекта будет создан лидар со значительно улучшенными техническими характеристиками. Это позволит повысить отношение сигнал/шум в 10-100 раз при мониторинге тектонического аэрозоля, который выносится на поверхность тектоническими газами и является индикатором тектонической активности. Подобный компактный лидар может стать альтернативой лазерным деформографам в силу меньшей стоимости и менее жёстких требований к месту размещения, что допускает построение обширной сети детекторов тектонической активности, не требующих присутствия оператора.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Першин С.М., Гришин М.Я., Завозин В.А., Кузьминов В.В., Леднёв В.Н., Макаров В.С., Мясников А.В., Тюрин А.В., Фёдоров А.Н., Петков В.Б.
Lidar sensing of multilayer fog evolution in the inclined tunnel of the Baksan Neutrino Observatory
Bulletin of the Lebedev Physics Institute, Volume 46, issue 10, pp. 328-332 (год публикации - 2019)
10.3103/S1068335619100075
2.
Першин С.М., Гришин М.Я., Леднёв В.Н., Чижов П.А., Орлович В.А.
Asymmetrical-cavity picosecond Raman laser at the water–air interface
Optics Letters, Vol. 44, No. 20, pp. 5045-5048 (год публикации - 2019)
10.1364/OL.44.005045
Публикации
1.
Першин С.М., Гришин М.Я., Завозин В.А., Леднёв В.Н., Лукьянченко В.А., Макаров В.С.
Aerosol layers sensing by an eye-safe lidar near the Elbrus summit
Laser Physics Letters, Vol. 17, №2, article ID 026003 (год публикации - 2020)
10.1088/1612-202X/ab66c4
2.
Першин С.М., Собисевич А.Л., Гришин М.Я., Гравиров В.В., Завозин В.А., Кузьминов В.В., Леднёв В.Н., Лиходеев Д.В., Макаров В.С., Мясников А.В., Фёдоров А.Н.
Volcanic activity monitoring by unique LIDAR based on a diode laser
Laser Physics Letters, Vol. 17, №11, article ID 115607 (год публикации - 2020)
10.1088/1612-202X/abbedc
3.
Першин С.М., Долгих Г.И., Макаров В.С., Тюрин А.В., Гришин М.Я., Завозин В.А., Леднёв В.Н., Плотников А.А.
A pulsed diode laser for tectonic aerosol lidar sensing
2019 IEEE 8th International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers (CAOL) (год публикации - 2019)
10.1109/CAOL46282.2019.9019453
4.
Милюков В.К., Мясников А.В., Кузьминов В.В., Гришин М.Я., Першин С.М.
75 m laser strainmeter and aerosol lidar for monitoring the compression/expansion of the Earth's crust in the Baksan Neutrino Observatory
2019 IEEE 8th International Conference on Advanced Optoelectronics and Lasers (CAOL) (год публикации - 2019)
10.1109/CAOL46282.2019.9019472
5.
Першин С.М., Шашков Е.В., Воробьёв Н.С., Никитин С.П., Гришин М.Я., Комельков А.С.
Asymmetric broadening and blue shift of the stimulated Raman scattering spectrum in water under chirped picosecond laser pulse train excitation
Laser Physics Letters, Vol. 17, №11, article ID 115403 (год публикации - 2020)
10.1088/1612-202X/abbf47
6.
Першин С.М., Бункин А.Ф., Давыдов М.А., Фёдоров А.Н., Гришин М.Я.
Новый ВРМБ-лазер с индуцированным резонатором
Письма в ЖЭТФ, Том 112, №7, с.437-442 (год публикации - 2020)
10.31857/S1234567820190027
7. Першин С.М., Брысев А.П., Гришин М.Я., Леднёв В.Н., Бункин А.Ф., Клопотов Р.В. РЕКОНСТРУКЦИЯ НЕЛИНЕЙНОГО ПРОФИЛЯ ДАВЛЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПУЧКА В ВОДЕ ПО СИГНАЛАМ ЛИДАРА КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ Известия Российской академии наук. Серия физическая (год публикации - 2020)
8.
Першин С.М., Брысев А.П., Гришин М.Я., Леднёв В.Н., Бункин А.Ф., Клопотов Р.В.
Диагностика локального временного профиля ультразвукового пучка в воде с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния
Письма в ЖЭТФ, Том 111, №7, с. 464-468 (год публикации - 2020)
10.31857/S0370274X20070073
9. Першин С.М., Брысев А.П., Гришин М.Я., Леднёв В.Н., Бункин А.Ф., Клопотов Р.В. ОПТИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА ПРОФИЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ В ФОКУСЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ПУЧКА В ВОДЕ Труды Всероссийской акустической конференции (год публикации - 2020)
Публикации
1.
Першин С.М.
New-generation eye-safe lidar (<1 μJ/cm−2): from Mars exploration to Earthquake prediction
INTERNATIONAL CONFERENCE LASER OPTICS 2020 (ICLO 2020), WeR6-03 (год публикации - 2020)
10.1109/ICLO48556.2020.9285727
2.
Першин С.М., Гришин М.Я., Завозин В.А., Леднёв В.Н., Макаров В.С., Сдвиженский П.А., Тюрин А.В.
Eye-safe LIDAR sensing through dense fog
INTERNATIONAL CONFERENCE LASER OPTICS 2020 (ICLO 2020), ThR6-17 (год публикации - 2020)
10.1109/ICLO48556.2020.9285779
3.
Першин С.М., Собисевич А.Л., Гришин М.Я., Завозин В.А., Кузьминов В.В., Леднёв В.Н., Лиходеев Д.В.
Tectonic aerosol sensing by lidar as a new technique for Earth’s crust deformation monitoring
INTERNATIONAL CONFERENCE LASER OPTICS 2020 (ICLO 2020), ThR6-19 (год публикации - 2020)
10.1109/ICLO48556.2020.9285844
4.
Першин С.М., Гришин М.Я., Завозин В.А., Макаров В.С., Леднёв В.Н., Мясников А.В., Тюрин А.В.
A 3-ns pulsed diode laser for a high spatial resolution lidar
28th International Conference on Advanced Laser Technologies, Abstracts of the 28th International Conference on Advanced Laser Technologies – 2021. – 214 p. (год публикации - 2021)
10.24412/cl-35039-2021-21-171-171
5. Першин С.М., Макаров В.С., Гришин М.Я., Завозин В.А., Тупицын И.М., Чешев Е.А., Артёмова Д.Г. Unique dual-pulse diode laser with controllable (3-20 ns) interval & duration for the eye-safe lidar V International Conference on Ultrafast Optical Science UltrafastLight-2021, UltrafastLight-2021 Book of Abstracts, p. 179 (год публикации - 2021)
6. Першин С.М., Гришин М.Я., Завозин В.А., Макаров В.С., Леднёв В.Н., Фёдоров А.Н., Мясников А.В., Тюрин А.В. Диодный лазер, генерирующий импульсы длительностью 3 нс, для лидара с высоким пространственным разрешением Квантовая электроника, том 51, №5, с.423-426 (год публикации - 2021)
7.
Першин С.М., Собисевич А.Л., Гришин М.Я., Завозин В.А., Макаров В.С., Леднёв В.Н., Фёдоров А.Н., Мясников А.В., Артёмова Д.Г.
Разнонаправленная модуляция сезонного сжатия коры Земли и сигнала аэрозольного лидара в тоннеле над очагом вулкана Эльбрус
Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, том 501, с. 14-18 (год публикации - 2021)
10.31857/S2686740021060134
8. Вальшин А.М., Гарнов С.В., Бельков С.А., Першин С.М. Высокочастотное (МГц) зажигание коммерческих ламп-вспышек для твердотельных лазеров Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки (год публикации - 2022)
9. Мясников А.В., Першин С.М., Гришин М.Я., Завозин В.А., Макаров В.С., Ушаков А.А. Оценка влияния метеопараметров на сигнал аэрозольного лидара в тоннелях над очагом вулкана Эльбрус Physics of Wave Phenomena (год публикации - 2022)
10. Першин С.М., Собисевич А.Л., Завозин В.А., Гришин М.Я., Леднёв В.Н., Макаров В.С., Петков В.Б., Понуровский Я.Я., Фёдоров А.Н., Артёмова Д.Г. Лидарное детектирование аэрозолей в тоннеле над очагом вулкана Эльбрус Краткие сообщения по физике ФИАН (год публикации - 2022)