Способ определения масштабов оптических неоднородностей в прозрачных средах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧ ЕСКРЕСПУБЛИК 9) 21/41, С 1 0(51) 5 СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНО ДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) РЕТЕ ИСАН У ТЕЛ АВТОРСКОМ 1.. 2 (21) 2430046/25отношения дисперсий параметра коге(22) 17,12.76рентной оптической волны, изменяюще(46) 30,02.93. Бюл. Р 4- ;гося при взаимодействии волны с не(71) Институт оптики атмосферы СО АН 1 однородйостью, в точках,с разнесенныхСССР ,. :,, . в пространстве, от л и ч а ю Щ и й(72) О.Н.Емалеев, В.П.Лукин, .В.В;По- . с я .тем, что, с целью повышения эфкасов, В,ЛеМиронов и В.М.Сазановичв Фективности оценки величины масштабов(6) Гурвиц А.С , Иелешкина Б,Н. Изв.неоднородностей в прозрачных средах,АН СССР, Физика атмосферы и океана, . измеряют"на одной и той же трассе1966, т, 11, Р 7, с, 668-694. , ;отноиение. дисперсий Флуктуасций раэ" 1.злйщ,эзопе .Р.И Арр 1 й.ед Орйсв, ности Фаз одновременно между двумя1972, ч. 11, Р 3, р, 684-687,"," . парами когерентных оптическихпучков, ; (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАСШТА-раэнесенныхснараэслицййерассстояния" , БОВ ОПТИЧЕСКИХНЕОДНОРОДНОСТЕЙ В, , в плоскости, йерпендйкулярной направ- ПРОЗРАЧНЫХ СРЕДАХ путем измерениялению распространенияв, . : -..севсей с с сск изобретению является сп. Изобретение относится к области атмосферной оптики и может бьггьиспользовано в, частности для определения внутреннего масштаба турбулент-. ности, величина которого характеризует спектр Флуктуаци+ показателя пре" ломления атмосферы и определяетструктуру турбулентности, Наличие неоднородностей среды приводит к Флуктуации амплитуды, Фазы, частоты, направления распространения и других параметров оптической волныИзвестен 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 соб определения масштабов оптических; путем измерения" относшеййядйссперсийпараметра когерентной оптической волны, изменяющегося при взаимодействииволны с неоднородностью в точках,разнесенных в пространстве,Этот способ обладает максимальнойчувствительностью, когда Фотоприем;ники расположены на расстояниях Ь,иЬ от источника, удовлетворяющих условиямЬЬ, и 1 всс ЯЬгде 1 дЬ, и ,ЯТ" - радиусе вервихзон Френеля .нарасстояниях 1, и1.% - длина волны источника ,Ь Ь - протяженностьтрасс,1 - внутренний масшотаб турбулентности.Ограниченность известного способасвязана с необходимостью производитьизмерения 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 квадрированиямалых уровней сигналов, а также изменчивостью структурной характерис.тики на трассах различной длины. От-.меченные источники ошибок приводят к" осущественйым отклонениям оценок велинины масштабовнеоднородности отихреальных знацений в атмосфере, Необходимость контроля наличия равенства(структурной характеристики покаэателя преломления) на двух трассахувеличивает объем аппаратуры для измерения С 2.3Целью изобретения является повышение эффективности оценки величинымасштабов неоднородностей в прозрачных средах.Поставленная цель достигается тем;что измеряют на одной и той же трассе отношение дисперсий флуктуацийразности фаз одновременно между двумя парами когерентных оптическихпуцков, разнесенных на различные рас"стояния в плоскости перпендикулярнойнаправлению распространеййя, "". 40Известно, что изменения фазы оптицеской волны более цувствительны кнеоднородностям показателя преломления по сравнению с амплитудой. Этопозволяет полуцить значительную велицину дисперсии разности фаз междублизкорасположенными пучками при наличии мелкомасштабных неоднородностей. В этой связи нет необходимостиизмерять малые величины дисперсиислуцайного сигнала, цто повышает чувствительность и достоверность предлагаемого способа оценки величинывнутреннего масштаба турбулентности.Поскольку измерения дисперсии разности фаз производятся на одном расстол.1нии от источника нет необходимостив контроле величины С 2,Расчет дисперсии Флуктуации раз-ности фаз в центрах параллельныхгауссовых пучков дает следующее выражение, справедливое в приближении.геометрической оптики:Ьи (р) = 2,9 кс 1 1 (хр1)юб 15 Рогде 0 (Р) - дисперсия разности фаз в .точках;213К = -- волновое число,С 2 - структурная характеристика показателя преломленияЬ - длина трассы,х - текущее знацение координаты вдоль трассы,- расстояние между центра -ми пуцков;1 - внутренний. масштаб спектра показателя преломле"ния.Отношение структурныхфункций разйостей Фаз Ь = , измеренныхи (ОД5 Рдля разносов пучков ,1 р , выражаетсл Йереэ внутренний масштаб ввидеР 53 -2(1 + а 2) + 4(1 +. ) .-514По одной оси отложено вычисленноезначение 6, а по другой - значениеа = --- длл разлицных значений паФОраметров Ъ = в в . Из номограмм поизвестной величинепри фиксированном значении параметра Ъ определяется значение а = ви определя 3 .1 чется масштаб неоднородности 1О аНомограмма пригодна для определения 1 при любых разносах пуцков., На цертеже изображено устройство,реализующее данный способ,Исходное излучение когерентногоисточника 1 расщепляется на два пучСоставительедактор Т.Иарганова Техред И,Иоргентал Корректо мборская Тираж рственного комитета и 113035, Москва, Ж Заказ 1090 ВНИИПИ Госу Подписноеобретениям и открытиям при ГКНТ СССРРаушская наб, д. 4/5 ШПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 1 5 692358 6 ка, которые распространяются в тур- " грамме определяется величина внутренбулентной атмосфере и проходят через него масштаба турбулентности 1 , ханеоднородность 2 и поступают на оп- рактеризующая величину мелкомасштабтицеские фазометры 3 и 4. Фазометры 6 ной оптицеской неоднородности, построены таким образом, цто позволя- Использование данного способа опют получить одновременно две интерфе- ределения масштабов оптических неодренционные, двухлуцевые картины в од- нородностей в прозрачных средах обесной плоскости, Сигналы с выходов фа- пецивает по сравнению с существующизометров, пропорциональные разности 10 ми более точную оценку размеров мелфаз между пучками, разнесенными вкомасштабных неоднородностей, в репространстве на расстоянии о, и р, зультате взаимодействия которых с поступают на квадраторы 5 и б, Сиг-волной возникают флуктуации амплитуналы с выходов квадраторов, равные ды, фазы, частоты, направления расдисперсии Ри Э , поступают 15 пространения и других параметров волна устройство деления 7, С выходаны. 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 атмосфереПо отношению дисперсийпри из (тоцность работы навигационных сисРг . тем, световых локаторов, атмосфервестном параметре Ь = -р в , по номо- ные шумы в линиях связи и т,п.).