Оптическое поляризационное устройство для зондирования атмосферы

11 и 6730 6 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Свевтевп Социалистических Республик61) Дополнительное к свид-ву 2) Заявлено 11,07.77 (21) 2506514/18-10 Кл 3б 01% 1/00 б 01 Х 21/21 киприсоединением за Государственнын измит 3) ритет 3) УДК 551,508,9(088.8) 3) Опубликовано 30,10.8 Бюллетеньпо делам изобретений крытин(45) Дата бликования сани 72) Авторы изобретения Ю. С, Балин, Б, В, Кауль, О. А. Краснов, В. С. Шаманаев и И. В. Самохвалов Институт оптики атмосферы Сибирского отделения АН СССР(54 ТИЧЕСКОЕ ДЛЯ ЗОН ЛЯРИЗАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ 1-1 едетсяществногорующваннукостирасщеодна устройств, являкаццц прецмуастцц атмосфер- того, что зондцстрого фцксцрорцентаццю плосполяризациоццый влен так, чтобы ного атмосферой остатком цзв евозможцост иной ориент эрозоля всле е излучение ю в пространполярпзациг штель жестк з компонент естцых ь цнд ациц ч дствце имеет стве о ао встарассеяь 1Изобретение относится к области метеорологии, применяется для измерения оптических и микрофизических параметров атмосферы и может быть использовано для определения направления пренмуществен ной ориентации частиц атмосферного аэрозоля неправильной формы.Устройство позволяет выделять в жидкокапельных метеообразованиях области, состоящие из кристаллических частиц, опре делять границы градоопасцых зон.Известны оптические поляризационные устройства для зондирования атмосферы, состоящие из источника линейно-поляризованного света, .фотоэлектрических приемни ков, расположенных в непосредственной близости от источника излучения, блока регистрации и оптической системы, содержащей поляризационные фильтры, делятцие рассеянное в обратном направлении излу о чецие ца две взаимно-ортогоцальцые компоненты, одца из которых параллельно плоскости поляризации излучаемого светового потока 1. Во всех этих устройствах на среду направляют пучок плоско-поляризо ванного света и измеряют степень деполяризации, имеющей место в результате многократного рассеяния света частицами, По степени деполяризации определяют границу области многократного рассеяния, концентрацию частиц и другие параметры среды. В качестве приемников излучения используются два телескопа с фотодетекторами, перед которыми установлены поляризационные фильтры.Ближайшим техническим решением задачи является оптическое устройство, состоящее из источника линейно-поляризованного света, одного приемного телескопа с поляризационным расщепнтелем (призма Волластона), отклоняющей призмой и двумя фотодетекторами, расположенного в непосредственной близости от источника излучения, Причем призма Волластона ориентирована таким образом, чтобы на выходе получались две взаимно-ортогопальцые компоненты рассеянного атмосферой излучения, одна из которых параллельна плоскости поляризации излучаемого светового потока, а вторая ей ортогоцальца 2.б 5 излучения была параллельна плоскости поляризации излучаемого света.С целью возможности индикации направления преимущественной ориентации частиц атмосферного аэрозоля устройство снабжено установленными на выходе источника излучения блоком вращения плоскости поляризации в виде преобразователя линейно-поляризованного излучения в циркуляторно-поляризованное и поворотного поляризатора, который синхронно согласован с расщепителем-анализатором, отклоняющей призмой и фотодетекторами,На чертеже представлена блок-схема оптического поляризационного устройства для зондирования атмосферы.Устройство содержит источник 1 линейно-поляризованного излучения, блок 2 вращения плоскости поляризации, Рядом с передающей системой расположен приемный телескоп 3 с углом поля зрения, целиком охватывающим направляемый в атмосферу пучок излучения. Поляризационный расщепитель-анализатор 4 выполнен в виде призмы Волластона или Рошона и имеет линейные размеры, превышающие размеры диаметра светового пучка, падающего на него. Причем она синхронно согласована с блоком 2 вращения плоскости поляризации. Отклоняющая призма 5 установлена основанием перпендикулярно оси приемного телескопа, при этом боковая грань призмы превышает диаметр падающего на нее светового пучка, Расстояние от отклоняющей призмы 5 до расщепителя-анализатора 4 достаточное для разделения световых пучков на грани отклоняющей призмы 5, Угол при вершине призмы 5, обращенной в сторону анализатора 4, определяется углом между оптическими осями пучков на выходе анализатора 4 и условием перпендикулярности отклоняемых призмой 5 лучей к оптической оси приемного телескопа 3. На пути отклоненных лучей установлены фотодетекторы 6 и 7 для регистрации оптических сигналов, далее блок 8 регистрации.Система работает следующим образом.От источника 1 излучения пучок линейно- поляризованного излучения поступает на блок 2 вращения плоскости поляризации, который вначале преобразует линейно-поляризованное излучение в циркулярно-поляризованное с помощью, например, четвертьволновой пластинки, вырезанной перпендикулярно оптической оси (ось составляет 45 с плоскостью поляризации зондирующего излучения и далее поляризатором из него выделяется линейно-поляризованный свет. Причем поляризатор может вращаться вокруг оси в пределах 0 в 1. В начальный момент времени в атмосферу посылается ориентированное в некотором заданном направлении линейно-поляризованное излучение, Рассеянное атмо 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 сферой в направлении назад излучение поступает на приемный телескоп 3.Далее световой поток идет на поляризационный расщепитель-анализатор 4, который расщепляет его на две взаимно-ортогональные компоненты, одна из которых параллельна плоскости поляризации излучаемого светового потока, а вторая ей ортогональна и разделяет эти две взаимно-ортогональные компоненты пространственно.Ортогональные компоненты световогопотока поступают на отклоняющую призму 5 и, отразившись от ее зеркальных граней, поступают на фотодетекторы 6 и 7, где оптические сигналы преобразуются в электрические, которые поступают одновременно на регистрирующее устройство - блок 8, который выполняет операцию деления амплитуды деполяризованной компоненты рассеянного светового потока на амплитуду компоненты, сохранившей первоначальное положение плоскости поляризации.Причем отсчеты каждой пары амплитуд производятся на одинаковом заданном временном интервале от момента посылки импульса в атмосферу. Результат деления выводится на цифровое индикаторное устройство, на котором оператор визуально наблюдает результат.Во второй момент времени поляризаторблока 2 совместно с синхронно согласованными с ним анализатором 4, отклоняющей призмой 5 и фотодетекторами 6 и 7 вращается на некоторый угол, определяемый заданной точностью определения направления преимущественной ориентации частиц, и в атмосферу посылается линейно-поляризованное излучение, которое ориентировано в другом направлении. Фиксируются новый результат деления амплитуды деполяризованной компоненты на амплитуду компоненты с поляризацией, параллельной поляризации зондирующего излучения и угол поворота поляризатора.Далее производится отсчет при третьемположении плоскости поляризации зондирующего излучения и т. д.Для определения пространственного положения большей и меньшей осей атмосферной частицы продолговатой формы необходимо обнаружить угловое положение двух экстремальных значений степени деполяризации рассеянного излучения, Причем максимальное значение степени деполяризации соответствует случаю, когда угол между одной из осей атмосферной частицы и плоскостью поляризации зондирующего излучения равен 45, а минимальное значеиие - при параллельности большей оси атмосферной частицы и плоскости поляризации зондирующего излучения.Таким образом, вращая плоскость поляризации зондирующего излучения на 180 относительно первоначального положения, блоком 2 плоскости поляризации определя673016 Формула изобретения Редактор П, Горькова Техред В. Рыбакова Корректор Е. Хмелева Заказ 1673/10 Изд. Уз 242 Тирагк 842 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Типография, пр. Сапунова, 2 ют угловое положение двух экстремальных значений степени деполяризации рассеянного излучения, по которым судят о направлении преимущественной ориентации частиц атмосферного аэрозоля. Оптическое поляризационное устройство для зондирования атмосферы, содержащее источник линейно-поляризованного излучения, приемный телескоп с поляризационным расщепителем-анализатором, отклоняющей призмой и двумя фотодетекторами, отлич ающееся тем, что, с целью возможности индикации направления преимущественной ориентации частиц атмосферного аэрозоля, оно снабжено установленным на выходе источника излучения блоком вращения плоскости поляризации в виде преобразователя линейно-поляризационного излучения в циркулярно-поляризационное и поворотного поляризатора, который синхронно согласован с расщепителем-анализатором, отклоняющей призмой и фотодетекторами, также выполненными поворотными.Источники информации,10 принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство Мо 373602, кл. Ст 01% 1/00, 1970.2, Задде Г. О., Кауль Б. В., Ушаков Г. В. Двухволновой поляризационный лидер для изучения атмосферных аэрозолей. Тезисы докладов 1 Ч Всесоюзного симпозиума по лазерному зондированию атмосферы, Томск, изд. ИОА СО АН СССР,1976,с.236.