طراحی و ساخت لیدار رامان و مطالعه هواویزهای جوی شهر زنجان

خاموشی، پس پراکندگی و واقطبش جزو مشاخصه های اپتیکی هواویزها است و از این ویژگی ها برای شناسایی و دسته بندی آن ها استفاده می شود. لیدار ابزار مناسبی برای بررسی تحول فضایی و زمانی هواویزها است. اساس کار لیدارهای پس پراکنشی ساده، لیدار واقطبش و لیدار رامان مطالعه شده و بر این اساس لیداری کاناله پیشنهاد شده است. این لیدار دو کانال پس پراکندگی کشسان در nm 532 و nm 1064، یک کانال اضافه برای اندازه گیری واقطبش در طول موج nm 532 و یک کانال رامان برای اندازه گیری خاموشی در طول موج nm 607 دارد. در فرآیند طراحی، ابتدا اپتیک دستگاه به طور کلی طراحی شده و در ادامه هر قسمت اپتیکی به صورت ریز بررسی و تحلیل شده است. در طراحی چیدمان اپتیکی از نرم افزار طراحی اپتیکی زیماکس استفاده شده و جزئیات و مشکلات قبل از فرایند ساخت بررسی شده اند. برای کاهش واگرایی لیزر از موازی ساز گالیله ای استفاده شده است. موازی ساز لیزر توسط روش ماره تنظیم شده و واگرایی لیزر 10برابر کاهش یافته است. تابع هم پوشی گیرنده-فرستنده مهمترین قسمت مهندسی اپتیک در لیدار است. تابع هم پوشی با واکانونی تلسکوپ، ناهم خطی گیرنده-فرستنده، میدان دید تلسکوپ، واگرایی لیزر و فاصله جانبی لیزر-تلسکوپ تغییر می کند. اثر تمام این متغیرها بر طراحی اپتیکی دستگاه بررسی شده است. ساختار مکانیکی سازه اصلی، نگهدانده ها و جابجا شونده ها بر پایه ساختار اپتیکی با نرم افزار سالیدوورک طراحی شده اند. غالب قسمت های مکانیکی لیدار در کارگاه مکانیک دانشگاه تحصیلات تکمیلی زنجان ساخته شده است. در قسمت الکترونیک و گیرنده، برای کانال nm 1064 از آشکارساز فوتودیود بهمنی، برای کانال nm 532 از آشکارساز افزونگر فوتونی آنالوگ و برای سیگنال بسیار ضعیف رامان (nm 607) از آشکارساز افزونگر فوتون شمار استفاده شده است. اطلاعات الکترونیکی توسط ترانزینت رکوردر (licel tr 20-160) با پهنای باند mhz 250 همزمان به صورت آنالوگ و فوتون شمار دریافت و در رایانه ثبت می گردند. برای بررسی عملکرد دستگاه در شرایط روز و شب، لایه مرزی و جو مولکولی بر اساس روابط ریاضی شبیه سازی شده اند. توان لیزر به این محیط فرستاده شده و سیگنال پراکندگی آن توسط لیدار دریافت می شود. این شبیه سازی ها در ? کانال مختلف تکرار شده اند. در این قسمت روشی جدید برای اندازه گیری نسبت سیگنال به نوفه در دستگاه لیدار معرفی می گردد. قید نسبت سیگنال به نوفه مساوی با ?? حداقل مناسبی برای سیگنال قابل اندازه گیری است. از این رو، کانال nm 532 قادر است تا ارتفاع ? کیلومتر سیگنال مولکولی و تا ?? کیلومتر ابر سیروس را ببیند. نسبت سیگنال به نوفه در کانال رامان با میانگین گیری فضایی افزایش می یابد. داده های زیر ???? متر با پنجره ?? متری (?? نقطه)، بین ???? تا ???? با پنجره ??? متری (?? نقطه) و ???? تا ???? متری با پنجره ??? تا ?5? متری (?? تا 60 نقطه) میانگین گیری می شوند. دو پدیده غباری در بهار ???? مطالعه شده که یکی تک لایه و دیگری دولایه بوده است. برای غبار رسیده از منطقه عراق نسبت لیداری sr-1 4±46 و واقطبش 4±31 و برای غبار رسیده از منطقه عربستان، نسبت لیداری sr-1 8±37 و واقطبش 4±32 اندازه گیری شده است. فاز ترمودینامیکی ابر (یخی یا آبکی بودن ابر) با لیدار واقطبش مطالعه شده و واقطبش ابر سیروس، ابر آبکی و مخلوط آب و یخ در ابر اندازه گیری شده است.