Оптическое поляризационное устройство для зондирования атмосферы

Союз Советских Сониалистическнх Республик(43) Опубликовано 30,04.80. Бюллетень16 51) М. Кл.з6 01% 1/О Государственный комитет СССР о делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретен Ю, С, Балин, Б. В, Ка И мохвалов нститут оптики атмосферы Сибирского отделения АН СССР(54) ОПТИЧЕСКОЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ2 Изобретение относится к области метеорологии и атмосферной оптики, применяется для измерения оптических микрофизических параметров атмосферы и может быть использовано для контроля уровня загрязнения атмосферы, распознавания кристаллических и градоопасных облаков.Известны оптические поляризационные 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 установлены поляризационные фильтры.Недостатком подобных устройств является 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 поляризационных фильтров позволяет определять только сте пень деполяризации, не получая информации о состоянии формы поляризации отраженной волны.Ближайшее техническое решение к изобретению - оптическое поляризационное 10 устроиство, состоящее из источника линейно-поляризованного света, одного приемного телескопа с поляризационным расщепителсм (призма Волластона) и двумя фотодетекторами.15 В этом устройстве призма Волластонаориентирована так, что на ее выходе один из компонентов эхо-сигнала параллелен плоскости поляризации излучаемого свето ваго 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 поля.ризационный расщепитель имеют строго фиксированную в пространстве ориентацию плоскостеи поляризации, что нс позволяет ЗО фиксировать наблюдаемое в эксперименте731410 3 Работает устройство следующим образом.От источника 1 излучения поляризованное излучение, состояние поляризации ко торого описывается четырьмя стоксовскимцпараметрами Уо, Яо, сто, 1 о, направляется в атмосферу, В этой записи параметрсоответствуст интенсивности излучения, а параметры Я, У, 1/ описывают соответст венно преимущественные горизонтальнуюполяризацию, поляризацию под углом 45 и правоциркулярную поляризацию.Все четыре параметра имеют размерность, интенсивность и определяются через 15 ска;5 рцыс компоненты элекгриеского поляа,. и а которые и подлежат цепосредстзсцному измерениюУ =- а+ аХ у 720 Я. - . а - а7=2 аа, сов",;1=2 а,. а, зпт,25 где у определяет фазовый угол между компоцсцтами а и а,.Если л)у)0, то цагравлсцце вращения правое, а при т(7(0 - левое.Излучение, рассеянное атмосферой в об- ЗЭ ратном направлении, поступает ца приемный телескоп 2 и далее направляется на фазовуо пластинку 3. Пусть в ца"альный момснт времени азимут осц ацоольшей скорости фазовой пластинки составляет 35 90, тогда ца выходе фазовой пластинки,описываемой для этого положения матрццей Мюллера 10000100000 - 10010 пучок света имеет следующие параметры вектора Стокса: 10000100000 - 10010 7 оОо7 о 7 о 0 о- о 7 оДалее световой поток поступает на поляризационный расщепитель-анализатор 4, который расщепляет его на два взаимно орто гональных компонента аи а.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 цолярцзаццоццым расщспителем-анализатором ц двумя фотодетекторами, снабжено поворотной чствертьвол новой фазовой пластинкой, установленной на входе поляризационного расщепителя-анализатора с возможностью фиксации ее осью наибольшего пропускания в вертикальной илц горизонтальной плоскостях перпендикулярно к оптической оси приемного телескопа ц 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 поляризаццонцый расщспцтель-анализатор 4, имеющий линейные размеры, превышающие диаметр падающего 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;У = а.+а и Я=а - аХ Ц х дВо 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 матри- цейИзд.295 Тираж пографпя, пр. Сапуно пучок света имеет следующие характеристики: Фиксируемые в этом моменте времени компоненты а и асвязаны с результатами п 1 эсжс О Змерени 51 сгедуощими соОТ 110 ш ен и 51 М: а,- а = - 2 аа з 1 п т. Так как параметры а аа, 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 вьвод о наличии в свободной атмосфере сфсрических или нссферпческих частиц, а также о направлении преимущественной орпептацш. последних. Формула изобретения Оптическое поляризационное устройстводля зондироваь ия атмосферы, содержащее источник поляризованного излучения, приемный телескоп с поляризационным расщепителем-анализатором и двумя фотодетекторами, связанными с блоком регистрации,5 отл и ч а ю щесс я тем, что, с целью обнаружения частиц несферичсской формы, оноснабжено четвертьволновой фазовой пластинкой, установленной на входе полярпзационного расщепителя-анализатора с воз 19 можностью фиксации ее осью наибольшегопропускания в вертикальной или горизонтальной плоскостях перпендикулярно кОптической оси приемного телескопа и подуглом 45 к этому расположению.15 Источники информации,принятые во внимание прп экспертизе1. Авторское свидетельство СССРЛо 373602, кл. 6 01% 1/00, 1971.2. Тезисы докладов 1 Ч Всесоюзного сим 20 позпума по лазерному зондированию атмосферы. Изд. ИОА СО АН СССР, Томск,1976, с. 236,