Оптическое поляризационное устройство для зондирования атмосферы

 

Г, ::2. Ф (i i) 73 I4IO

ОП И САНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соиивлистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23,05.78 (21) 2620524/18-10 (51) М. Кл. G 01W 1/00 с присоединением заявки № (53) УДК 551.508.9 (088.8) по делам изсб теиий (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень № 16 и открытий (45) Дата опубликования описания 30.04.80 (72) Авторы изобретения

Ю. С. Балин, Б. В. Кауль и И. В. Самохвалов

Институт оптики атмосферы Сибирского отделения АН СССР (71) Заявитель (54) ОПТИЧЕСКОЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ

ГосУдаРствеиный комитет (23) 11риоритет

Изобретение относится к области метеорологии и атмосферной оптики, применяется для измерения оптических микрофизпческих параметров атмосферы и может быть использовано для контроля уровня загрязнения атмосферы, распознавания кристаллических и градоопасных облаков.

Известны оптические поляризацпонные устройства для зондирования атмосферы, состоящие из источника линейно-поляризованного излучения фотоэлектрических приемников, блока регистрации и оптической системы, содержащей поляризационные фильтры, делящие рассеянное в обратном направлении излучение на два взаимно ортогональных компонента, один из которых параллелен плоскости поляризации излучаемого светового потока )(1).

В этих устройствах на среду направляют пучок плоско-поляризованного света и измеряют степень деполяризации, которая является критерием границ области многократного рассеяния света. В качестве приемников излучения используются два телескопа с фотодетекторами, перед которыми

ycTaHoBëåíû поляризационные фильтры.

Недостатком подобных устройств являет"я необходимость использования двух приемных телескопов, что усложняет конструкцию локатора и вызывает трудность точной совместной настройки телескопов на один рассеивающий объем. Кроме того, наличие в приемном тракте только полярпзационных фильтров позволяет определять только сте5 пень деполяризации, не получая информации о состоянии формы поляризации отраженной волны.

Ближайшее техническое решение к изобретению — оптическое поляризационное

I0 устройство, состоящее пз источника линейно-поляризованного света, одного приемного телескопа с полярпзационным расщепптелем (прпзма Волластона) и двумя фотодетекторами.

В этом устройстве призма Волластона ориентирована так, что на ее выходе один пз компонентов эхо-сигнала пар аллелен плоскости поляризации излучаемого светового потока, а второй ей ортогонален .(2), Недостатком устройства являются трудности выделения в метеообразованиях областей, состоящих из частиц несферпческой формы и индикации их преимущественной пространственной ориентации. Это связано с тем, что зондирующее излучение и поляризационный расщепитель имеют строго фиксированную в пространстве ориентацию плоскостей поляризации, что нс позволяет

30 фиксировать наблюдаемое в эксперименте

731410

Работает устройство следующим образом.

От источника 1 излучения поляризованное излучение, состояние поляризации ко5 торого описывается четырьмя стоксовскимп параметрами Io, Qo, Uo, Vo, направляется в атмосферу. В этой записи параметр соответствуст интенсивности излучения, а параметры Q, U, V описывают соответст10 венно преимущественные горизонтальную поляризацию, поляризацию под углом 45 и правоциркулярную поляризацию.

Все четыре параметра имеют размерность, интенсивность и определяются через

15 с!<алярныс компоненты электри -!еского по зя а,. If а,, которые и подлежат непосредстзснному измерешпо

I =- а + а .

Х у 7

20 Q —. а — а

U=2a„a, cos";

V=2a а, з1п у, 25 где у определяет фазовый угол между компопситами а,, и а,.

Если л)у)0, то íàправлсиие вращения правое, а при т(у(0 — левое.

Излучение, рассеянное атмосферой в обЗЭ ратном направлении, поступает на приемный телескоп 2 и далее направляется на фазовую пл астипку 3. Пусть в па 1альный момснт времени азимут оси папоольшей скорости фазовой пластинки составляет

Ç5 90, тогда иа выходе фазовой пластинки, описываемой для этого положения матрицей Мюллера

000 — 1

0010 пучок света имеет следующие параметры вектора Стокса:

000 — 1

0010

Io

Qo о 1 о

Qo — 1 о о

Далее световой поток поступает на поляризационный расщепитель-анализатор 4, который расщепляет его на два взаимно орто- 40 гональных компонента а„и a„.

Ортогональные компоненты направляются на фотодетекторы 5 и б, где оптические сигналы преобразуются в электрические и фиксируются в блоке регистрации 7. 45 из-за наличия несферичности частиц вращения плоскости поляризации.

Цель изобретения — обнаружение частиц несферической формы.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемое устройство для зондирования атмосферы, содержащсе источник излучения, приемный телескоп с поляризацпонным расщспителем-анализатором и двумя фотодетекторами, снабжено поворотной чствертьвол новой фазовой пластинкой, установленной на входе поляризационного расщепителя-анализатора с возможностью фиксации ее осью наибольшего пропускания в вертикальной или горизонтальной плоскостях перпендикулярно к оптической оси приемного телескопа н под углом 45 к этому расположению.

На чертеже представлена блок-схема оптического поляризационного устройства для зондирования атмосферы.

Устройство содержит источник 1 поляризованного излучения. Рядом с передающей системой расположен приемный телескоп 2 с углом поля зрения, целиком охватывающим весь световой пучок, направленный в атмосферу. Непосредственно за фокальной плоскостью приемного телескопа находится поворотная фазовая пластинка 3, за которой установлен поляризационный расщспптель-анализатор 4, имеющий линейные размеры, превышающие диаметр падающе-0 на них светового пучка. На выходе поляризационного расщепителя-анализатора 4 на пути разделенных световых лучей установлены фотодетекторы 5 и б, электрически связанные с блоком регистрации 7.

Таким образом, при ориентировании фазовой пластинки под азимутальным углом

90 определяются следующие компоненты вектора Стокса:

I = а + а и Q = а — а, .о (/ х у

Во второй момент времени фазовая пластинка устанавливается под азимутальным углом 45 и вновь производится посылка в атмосферу поляризованного излучения, В этом случае на выходе фазовой пластинки, описываемой для этого положения матрицей

731410

0ОО

ОО1О

О1ОО пучок света имеет следующие характеристики:

7о

qD 7о о

1ООО о — 1 о о

ООΠ— 1

ОО1О

О1ОО

Фиксируемые в этом моменте времени компоненты а,. и а „связаны с результатами I рсжис10 !!Змерения c;Icä" Еощимп соотп ош ен и я м11: а + а =. а + а

Так как параметры а,-, а„а, а „, известны и являются измеряемыми величинами, то из последнего соотношения определяется угол у, и таким образом фиксируются все параметры вектора Стокса обратно рассеянного излучения. Анализируя этп параметры, можно сделать вь1вод о наличии в свободной атмосфере сфсрических или нссферпческих частиц, а также о направлении преимущественной орпептацш. последшьх.

Формула изобретения

Оптическое поляризационное устройство для зондирования атмосферы, содержащее

Составитель В. Непомнящая

Техред В. Серякова

Редактор Т. Рыоалова

Заказ 759/15

Корректор 3. Тарасова

Подписное

Изд. М 295 тираж 174

Типография, пр. Сапунова, 2 а, — а„ = — 2а„а -з1пт. источник поляризованного излучения, приемный телескоп с поляризационным расщепителем-анализатором и двумя фотодетекторами, связанными с блоком регистрации, 5 о тл и ч а ю щ е с с я тем. что, с целью обнаружения частиц несферичсской формы, оно снабжено четвертьволновой фазовой пластинкой, установленной на входе полярпзационного расщепителя-ана.чизатора с воз10 можностью фиксации ее осью наибольшего пропускания в вертикальной или горизонтальной плоскостях перпендикулярно к оптической оси приемного телескопа и под углом 45 к этому расположению.

15 Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе

Авторское свидетельство СССР

¹ 373602, кл. (з 01% 1/00, 1971.

2. Тезисы докладов IV Всесоюзного сим20 позпума по лазерному зондированию атмосферы. Изд. ИОА СО АН СССР, Томск, 1976, с. 236.