Устройство для оптического зондирования атмосферы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 6 01 О/ 1/00 Е ИЗОБРЕТЕНИЯ ИСА ВТОРСКО ИДЕТЕЛ ЬСТВ(0 о + где 1 - фокусное р темы;Ос - угол расхо направленного изВ - расстояни ми источника нап приемной систем сстоя приемнои сис димости учения; между о равленнов месте чка источника тическими осяо излучения и их расположеыходе источн о - диаметр пуч(54)(57ЗОНДщее ираспостемуновлефотодчаюШотношпазон исто емн тиче ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(71) Институт оптики атмосферы СО АН СССР и Специальное конструкторское бюро научно: о приборостроения "Оптика" СО АН СССР(56) Авторское свидетельство СССР М. 372460, кл. 6 01 ЧЧ 1/00, 1971.Квантовая электроника и лазерная спектроскопия/Под ред. А.М,Самсона, Минск, Наука и техника: 1974, гл, Х)Х, с.381-406.Скрелин А,Л. Пространственно-временная структура световой дымки от импульсного излучения в атмосфере. - Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1970, т, 6, М 9, с. 889 - 899.) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО ИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ, содержасточники направленного излучения и ложенную рдом с ним приемную сив фокальной плоскости которой устана полевая диафрагма круглой формы, етектор и систему регистрации, о т л ие е с я тем, что, с целью увеличения ения сигнал/шум и расширения диаа зондирования по дальности, полеИзобретение относится к технике оптического зондирования атмосферы и может быть применено в лазерных локаторах..Ы 3 596069 вая диафрагма выполнена с диаметром, определенным из соотношения ка,Оп - диаметр входной апертуры приемной системы;0 - расстояние, начиная с которого поток обратно рассеянного излучения проходит через полевую диафрагму без виньетирования (начальная дальность зондирования), а ее центр расположен на прямой, походящей через оптические осичника направленного излучения и приой системы, и смещен относительно опской оси последней на величинуФ +2 дВ1где о - угол, под которым пересекаются оптические оси источника направленного излучения и приемной системы. Известны устройства для оптического ондирования атмосферы и гидросферы по игналу обратного рассеяния, содержащиеисточник направленного излучения, расположенную рядом с ним приемную систему, включающую объектив, полевую диафрагму круглой формы, установленную в фокальной плоскости объектива, центрированную относительно его оптической оси, светофильтры и фотодетектор, и регистрирующую систему.В устройствах с несовмещенными оптическими осями источника излучения и приемной системы размер изображения рассеивающего объема уменьшается, э само оно перемещается в плоскости полевой диафрагмы от края к центру по мере увеличения расстояния от устройства до рассеивающего объема, Потоки рассеянного излучения, поступающие с близких расстояний, виньетируются полевой диафрагмой, а поскольку обычно обрабатываются невиньетируемые потоки, то для зондирования областей, близко расположенных к устройству, увеличивают диаметр полевой диафрагмы, Увеличение размеров диафрагмы, следовательно, угла поля зрения приемной системы, приводит к возрастанию фонового потока на фотодетектор, если зондирование ведется в присутствии внешних фоновых излучений, Это уменьшает отношение сигнал/шум и ограничивает максимальную дальность зондирования, поскольку величина обратно рассеянного сигнала пропорциональна обратному квадрату расстояния,Известно также устройство, которое имеет импульсный лазерный источник излучения и располокенную на близком расстоянии от него приемную систему с линзовым объективом, в фокальной плоскости которого центрированно относительно оптической оси установлена полевая диафрагма круглой формы с расположенными зэ ней светофильтрами и фотодетектором фотоэлектронным умножителем). Сигнал с последнего поступает на регистрирующую систему, Источник излучения и приемная система установлены так, что их оптические оси могут либо пересекаться, либо не пересекаться в зондируемой среде.Диаметр полевой диафрагмы выбирают из условия полного пересечения конусом поля зрения приемной системы конуса пучка лучей, выходящих из источника направленного излучения, на заданном расстоянии от устройства, Основная часть центрированной полевой диафрагмы не используется для пропускания полезного рассеянного потока из зондируемой среды, но через нее проходит поток внешнего фона, который ухудшает условия работы фотодетектора приемной системы и снижает отношение сигнал/шум.Таким образом, размер полевой диафрагмы влияет как на начальную, так и на5 максимальную дальность зондирования, которая определяется отношением сигнал/шум,Увеличение диаметра диафрагм даетвозможность уменьшить начальную даль"0 ность зондирования, но приводит к понижению отношения сигнал/шум нафотодетекторе в присутствии внешних фоновых излучений, что влечет за собой ограничение максимальной дальности15 зондирования. Уменьшение диаметра полевой диафрагмы приводит к возрастанию отношения сигнал/шум, но одновременноувеличивает начальную дальность зондирования,20 Цель изобретения - увеличение отношения сигнал/шум при наличии внешнего фона и расширение диапазона зондированияпо дальности,Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем источник направленного излучения и расположеннуюна близком расстоянии от источника приемную систему, в фокальной плоскости которой установлена круглая полеваяЗ 0 диафрагма, причем диаметр полевой диафрагмы определен из соотношенияб = 1 Оо + (2 В + Оо + Оп)/2 о,1 Га ее центр лежит на прямой, расположенной в плоскости, проходящей через оптические оси источника излучения и приемной системы и смещен относительно оптической оси последней на величину40с 3 = - с 3 - 1(Оо + 2 у),12где 1 - фокусное расстояние приемной сис темы;В - расстояние между оптическими осями источника направленного излучения иприемной системы в месте их расположения;50 р - угол между их оптическими осями;1 - начальная дальность зондирования;О, - угол расходимости излучения источника;О - диаметр луча на выходе источникаизлучения;О, - диаметр входной апертуры приемной системы.596069 Составитель А,АбрамочкиРедактор О.Филиппова Техред М.Моргентал рректор В,Петр Заказ 563 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 На чертеже показана блок-схема устройства с изображением хода лучей от элемента зондирующего объема,Устройство имеет источник 1 направленного излучения с начальным диаметром 5 луча Оо и расходимостью О, оптическую ось 2 источника излучения. Рядом с источником расположена приемная система 3, которая в качестве примера, изображена в виде линзового объектива с оптической осью 4, Объ ектив имеет диаметр входной апертуры Оп и фокусное расстояние 1. В фокальной плоскости объектива расположена полевая диафрагма 5, центр которой смещен относительно оси 4. Оси 2 и 4 перемещают ся в зондируемой среде под углом р. За диафрагмой расположен фотодетектор 6 и регистрирующая система 7, Элемент 8 рассеивающего объема исследуемой среды находится на расстоянии, которое превышает 20 1 о.Часть светового потока, испускаемого источником 1 излучения, рассеивается элементом 8 и направляется к приемной системе 3. Крайние лучи обратно рассеянных световых потоков, попадающих на выходную апертуру приемной системы, показаны стрелками, Когда рассеивающий обьем находится на расстоянии, равном Ео, пятно изображения касается нижнего (по чертежу) края диафрагмы, При меньших расстояниях диафрагма виньетирует изображение. По мере удаления рассеивающего объема пятно изображения перемещается в плоскости диафрагмы к противоположному ее краю, уменьшаясь при этом в размерах, а при максимальной дальности зондирования оно касается этого края, Таким образом, в пропускании полезных световых потоков рассеянного излучения участвует почти вся площадь диафрагмы, а за счет уменьшения ее размера снижается уровень внешнего фона, поступающего на фотодетектор 6. Световые потоки, прошедщие через диафрагму 5, преобразуются в фотодетекторе 6 в электрические сигналы и поступают на регистрирующую систему 7.