Способ определения масштабов оптических неоднородностей в прозрачных средах

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ И СТИЧ ЕС КИХ

РЕСПУБЛИК

G 01 N 21/41, G 01 W 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ а

ГОСУДАРСТВ Е Н НОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 1 (21) 2430046/25 (22) 17.12.76 (46) 30.02.93. Бюл. Р 4 (71) Институт оптики атмосферы СО АН

СССР (72) О. H. Емалеев, В.П.Лукин, В. В;По- касов, В.Л,Миронов и В.t{.Ñàsàéîâè÷ (56) Гурвич А.С, Иелешкина Б.Н. Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1966, т. Zi, { " 7, с. 668-694.

" Livin{,stone .РЛ., Applied Optics, 1972, v. 11, t". 3, р. 684-687. ;(4)(7) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАСШТА> и БОВ ОПТИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В

ПРОЗРАЧНЫХ СРЕДАХ путем измерения. Изобретение относится к области . атмосферной оптики и может бьггь использовано в, частности для определения внутреннего масштаба турбулент-. ности, величина которого характеризует спектр Флуктуаци + показателя пре- ломления атмосферы и определяет — структуру турбулентности. Наличие неоднородностей среды приводит к флуктуации амплитуды, фазы, частоты, направления распространения и других параметров оптической волны„

Известен способ оценки размеров (масштабов) оптических неоднородностей в прозрачных средах, основанный на зависимости дисперсии флуктуации логарифма интенсивности от величины размера мелкомасштабных неоднородностей.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является спо„„сЫ,, 692358 А1 отношения дисперсий параметра когерентной оптической волны, изменяюще;гося при взаимодействии волны с не ;однородйостью, в точках, разнесенных в пространстве, о т л и ч à ю {{{ и йс я тем, что., с целью повышения эффективности оценки" величины масштабов неоднородностей в прозрачных средах, измеряют"на одной и той же трассе .отношение. дисперсий флуктуаций разности фаз одновременно между двумя парами когерентйых оптических пучков, разнесенных на раэличййе расстояния" в плоскости, йерпендйкулярной направлению распространения ° соб определения масштабов оптических неодйородностей в прозрачных средах ;путем измерения"отнопшеййя дисперсий параметра когерентной оптической волны, изменяющегося при взаимодействии волны с неоднородностью в точках," разнесенных в пространстве. (лЭ

Этот способ обладает максимальной . (Я чувствительностью, когда Фотоприем- : QQ

;ники расположены на расстояниях L,и

L от источника, удовлетворяющих условиям $L <

L g a A - длина волны источникаа, 692358,. »1

»б

4 { I

L<, L — протяженность трасс, 1 — внутренний масшо таб турбулентности.

Ограниченность известного способа связана с необходимостью производить измерения малых величин дисперсии.логарифма амплитуды и предполагать. однородность структурной характеристики на трассах различной длины. Указанные выше ограничения вызваны значительными ошибками устройств лога.рифмирования сигналов в большом ди- . намическом диапазоне и квадрирования малых уровней сигналов, а также изменчивостью структурной характерис.тики на трассах различной длины. От-. меченные источники ошибок приводят к существенйым отклонениям оценок величины масштабов неоднородности. от их реальных значений в атмосфере. Необходимость контроля наличия равенства

С2 (структ»урной характеристики пока- 25 эателя преломления) на двух трассах увеличивает объем аппаратуры для измерения Сг.

Целью изобретения является повышение эффективности оценки величины - 3О масштабов неоднородностей в прозрачных средах.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют на одной и той же трассе отношение дисперсий флуктуаций разности фаз одновременно между дву- . мя парами когерентных оптицеских пучков, разнесенных на различные рас" стояния в плоскости перпендикулярной направлению распростран»еййя. "

" 40

»

»

Известно, что изменения фазы оптицеской волны более чувствительны к неоднородностям показателя преломления по сравнению с амплитудой. Это 45 позволяет полуцить знацительную велицину дисперсии разности фаз между блиэкорасположенными пучками при наличии мелкомасштабных неоднородностей. В этой связи нет необходимости измерять малые величины дисперсии слуцайного сигнала, цто повышает чувствительность и достоверность предлагаемого способа оценки величины внутреннего масштаба турбулентности.

Поскольку измерения дисперсии разнос- 55 ти фаз производятся на одном расстол1 нии от источника нет необходимости в контроле величины С .

Расчет дисперсии флуктуации раа- ности фаз в центрах параллельных гауссовых пучков дает следующее выражение, справедливое в приближении. геометрической оптики:

»» »р» = 2 9f К»С»Ь J ((х»р» г)б/б 5Р )

0 где 0 (p) — дисперсия разности фаз в точках;

2Н

К = — — волновое число;

С - структурная характеристика показателя преломления

Ь вЂ” длина трассы, х - текущее значение координаты вдоль трассы, - расстояние между центрами пучков

1 — внутренний. масштаб спектра показателя преломления.

Отношение структурных функций разйостей Фаз Ь = -- -- - -, измеренных п»(0Д . .

5 Р» для разносов пучков р, <<» 1 <р2, выражаетсл Йереэ внутренний масштаб в виде

* { Б(З -2

:-6=1. р, р

При произвольных разносах пучков для определения 1 строится номограмма по. Формуле:

Ds,(Ð ) в (р,)

516 агЪг цб (1 + агЪг) +.4(1 + -- — — )

5 6 (1 + аг) + 4(1 + ). -5

4

По одной оси отложено вычисленное значение {, а по другой — значение а = — — — длл различных значений паp(1 о раметров Ъ = — —. Из номограмм по р известной величине при фиксированном значении параметра Ъ определяется значение-a = — -- и определяр.

1ч р ется масштаб неоднородности 1

Номограмма пригодна для определения 1 при любых разносах пучков., На чертеже изображено устройство, реализующее данный способ.

Исходное излучение когерентного источника 1 расщепляется на два пуч5 692358 6 ка, которые распространяются в тур- грамме определяется величина внутренбулентной атмосфере и проходят через него масштаба турбулентности 1, ханеоднородность 2 и поступают на on- рактеризующая величину мелкомасштабтические фазометры 3 и 4. Фазометры 6 ной оптической неоднородности. построены таким образом, что позволя- Использование данного способа опют получить одновременно две интерфе- ределения масштабов оптических неодренционные, двухлучевые картины в од- нородностей в прозрачных средах обес ной плоскости. Сигналы с выходов фа- печивает по сравнению с существующизометров, пропорциональные разности 10 ми более точную оценку размеров мелфаз между пучками, разнесенными в комасштабных неоднородностей, в репространстве на расстоянии о, и р, зультате взаимодействия которых с поступают на квадраторы 5 и 6. Сиг- .. волной возникают флуктуации амплитуналы с выходов квадраторов, равные ды, фазы, частоты, направления расДисперсии. D (p<) и D>(p<), поступают 15 пространения и других параметров волна устройство деления 7, С выхода ны. Эти эффекты имеют существенное устройства деления снимается сигнал, значение в целом ряде прикладных ао.равный отношению дисперсий флуктуа- просов, связанных с распространением ций разности фаз. радиоволн, света и звука в атмосфере

По отношению дисперсий при из- 20 (точность работы навигационных сисР тем, световых локаторов, атмосфервестном параметре Ь = о,, по номо- ные шумы в линиях связи и т.п.)

Составитель

Редактор Т.Иарганова Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор М.Самборская

Заказ 1090 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, >l(-35, Раушская наб„, д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101