Устройство для измерения флуктуаций коэффициента преломления атмосферы

щищенность от Фонового излучения атмосферы. Например, при измерениях всолнечную погоду, когда помехи требуют установки перед Фотоприемником узкополосных интерференционных Фильтров, которые значительно ослабляютизлучение,Наиболее близким по техническойсущности. к изобретению является устройство для измерения Флуктуаций коэффициента преломления атмосферы,включающее непрерывный лазерный источник, телескоп из двух зеркал, расположенный на выходе лазерного источника и связанный с ним оптически, ифотоприемник.В данном устройстве коллимированный лазерный пучок направляется через атмосферу и принимается телескопом, в Фокусе которого расположен фотоприемник. Турбулентные характеристики атмосферы определяют по размытию изображения источника излученияв фокусе телескопа измеряемым Фотоприемником.Недостатком его является недостаточная чувствительность при малыхтрассах, а также малая помехозащищенность при больших Фоновых помехах, ЗОнапример, в дневное время.Целью изобретения является увеличение чувствительности и помехозащищенности при измерении флуктуации коэффициента преломления атмосферы.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для измерения флуктуаций коэффициента преломления атмосферы, содержащее непрерывный лазерный источник, телескоп из двух 4 Озеркал, расположенный на выходе лазерного источника и связанный с нимоптически, и Фотоприемник, введеныгенератор периодических колебаний,. электрически соединенный с перестраиваемым приводом, селективный перестраиваемый Фильтр, электрически соединенный с блоком синхронизации и блокрегистрации амплитуды электрическихсигналов, причем одно из зеркал теле Оскопа снабжено перестраиваемым приводом, Фотоприемник оптически связанс резонатором лазера и электрическичерез селективный перестраиваемыйфильтр с блоком регистрации амплитуды электрического сигнала, а генератор периодических колебаний перест. раиваемого привода одним из .выходовэлектрически соединен с входом блока синхронизации перестраиваемого фильтра,Сущность изобретения поясняетсячертежом.Устройство состоит из непрерывного лазерного источника 1 с двумя полупрозрачными зеркалами резонатора,например лазера на СО, Не-Ме илидругого, телескопа Кассегрена с колеблющимся зеркалом 2 (выгнутым), например, при помощи пьезокерамики установленного на одной оптической осис лазерным источником, генератора синусоидального напряжения 3 (например Г 3-109), электрически связанного одним выходом с пьезокерамикой колебания зеркала 2 телескопа, отражающегообъекта 4, например стены здания или топографического объекта, фотоприемника 5 (фотосопротивление, фотоэлемент и др,), установленного на опти" ческой оси лазерного источника состороны полупрозрачного зеркала резонатора, селективного фильтра 6 с пе"рестраиваемой полосой пропускания,электрически связанного с Фотоприем"ником 5, блоком регистрации амплитуды электрических сигналов 7 (магнитограф, самописец) и через блок синхро"низации 8 с генератором синусоидального напряжения 3.Устройство работает следующим образом.Излучение лазерного источника 1 формируется телескопом в параллельный пучок и направляется на отражающий или диффузнорассеивающий объект 4 и в резонатор лазерного источника 1. Ори этом излучение модулируется по Фазе благодаря колебанию зеркала телескопа 2 на величину половины длины волны , При отсутствии фазовыхЪ2возмущений на трассе между телескопом 2 и отражателем 4 вводимая в резонатор волна интерферирует со стоячей волной в резонаторе лазера 1, В случае совпадения Фазы вводимой волны в резонаторе будет наблюдаться увеличение энергии излучения, а в случае противофазного соотношения уменьшение. При модуляции Фазы зеркалом 2 телескопа с частотой Е, генерация лазерного источника 1 также будет промодулирована с частотой Е. Излучение лазерного источника 1 регистрируется Фотоприемником, 5, сигнал его усиливается селективным пере60 30 где 1 э (+9,) т- Ж(й)где Ркер " 5 11536 страиваемым благодаря блоку синхрони- зации 8 Фильтром 6, настроенным начастоту модуляции, что позволяет отсечь "паразитные" частоты, например, шумы лазерного источника 1. Величина сигнала от Фотоприемника измеряется блоком регистрации амплитуды 7.При прохождении луча в реальной атмосфере, когда Фаза излучения хао тично изменяется в широком спектральном диапазоне (примерно от 0,1 до 6- 7 кГц), величина модуляции лазера бу-. дет зависеть от величины сбоя фазы в атмосфере. При перестройке частоты 15 Фазовой модуляции лазерного источника за счет изменения частоты колебания зеркала, телескопа 2, она изменяется в пределах частотного спектра флуктуаций Фазы в атмосфере. 20Теоретический анализ величины относительного изиенейия интенсивности излучения 1 при взаимодействии внеш: ней волны со стоячей волной в резо наторе лазера, для однородно уширен ного контура линии генерации приводит к следующему выражению Ь 1-га . К 1- (р+ к) в,(1 +, ")ЖИ), коэффициент отражения выходного зеркала резонатора .перед телескопом; 35соответственно длина ипотери в резонаторе;коэффициент отражениявнешнего отражателя натрассе,40насыщающая интенсивность,.коэффициент, указывающийамплитудные и Фазовые соотношения вводимой волныв резонаторе, который 45имеет вид ЯС(О "1 е 1 кор Ювпространственный радиус 50когерентности поля;1 0 о - радиус приемной апертуры,причем ркор ( фТ) - результирующая фаза отраженной волны.Пространственная когерентность лазерного пучка после прохождения в атмосфере зависит от состояния атмосфе" ры и длины трассы. условие корМ достигается в том случае, когда уве" личение приемника не приводит к уве" личению среднего сигнала на выходе фотоприемника 5.Таким образом, частота флуктуации фазы в турбулентной атмосфере связана с кинетикой генерации лазера. Оценка показывает, например, 1 ООФ- ную модуляцию относительного отклика лазера, вызывает изменение коэффициента преломления атмосферы п -10"ф при длине трассы 100 м и коэффициенте отражения выходного зеркала гэ = 503.Данное устройство позволяет измерять структурную характеристику Флуктуаций коэффициента преломления атмосферы на малых трассах с высокой чувствительностью, турбулентные ха.рактеристики в слабых осадках, когда в известных способах требуются .длинные измерительные трассы. Существенным преимуществом данного устройства является возможность измерения в далекой ИК-области, так как не требуется использование высокочувствительных приемников для измерения слабых отра" женных или рассеянных сигналов от удаленного объекта. В этом случае благодаря высокой чувствительности лазера к слабому входящему в резонатор. сигналу (до 10Вт) возможно измерение Флуктуаций коэффициента преломления атмосферы при использовании в качестве внешних отражателей естественных объектов, стен зданий, поверхности земли, облачного слоя, что крайне актуально при измерений вертикального профиля турбулентности, При этом приемник измеряет излучение, генерируемое самим лазером, в связи с чем нет необходимости применения высокочувствительного приемника.1153660 ед И.Моргентал Коррек филь едактор Т.Иа ва при ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 1 Заказ 1085 Тира ВНИИПК Государственного ком 113035, Иосета по изобр а, Ж, Рау Подписноеиям и открцтия наб д. М