Лидар для зондирования атмосферы

"68502 ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюз Советских Сокиаристических Республик(51) М.Кл. 6 О 1 % 1/00 с присоединением заявки -Государственный комитет СССР ао делам изобретений н открытый(43) Опубликовано 15.03.82. Бюллетень10 (45) Дата опубликования описания 15.03.82(71) Заявители Ордена Трудового Красного Знамени институт физикиАН Белорусской ССР(54) ЛИДАР ДЛЯ ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ Изобретение относится к области зондирования атмосферы и может быть использовано при создании лидаров (оптических локаторов) для исследования прозрачности атмосферы, состава и плотностиоблаков, тумана, дымов, структуры аэрозольиых взвесей по обратному светорассеянию,Известно устройство для зондированияатмосферы, содержащее источник и приемник излучения оптического диапазона 1 Ц.Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является лидар длязондирования атмосферы, который состоитиз лазерного излучателя, проекционногоустройства для направления излучения ватмосферу и приемника рассеянного в обратном направлении излучения 12,В известном лидаре в качестве источника излучения используется рубиновыйлазер с модулятором добротности, резонатором и системой зеркал. Однако он работает на одной фиксированной длине волны. Это значительно сокращает объем получаемой информации и не позволяет использовать прибор для исследования микроструктуры аэрозоля в условиях нестабильной атмосферы. Целью изобретения является расширение возможностей исследования микроструктуры аэрозоля в условиях нестабильной атмосферы.5 Поставленная цель достигается тем, чтов лидаре, содержащем лазерный излучатель, проекционное устройство для направления излучекия в атмосферу и приемник рассеянного в обратном направле 10 нии излучения, лазерный излучатель выполнен в виде лазера накачки и трех лазеров на красителях с расположеннымипараллельно оптической оси лазера накачки кюветами активной среды и общим ре 15 зонатором, одно из зеркал которого является зеркалом резонатора лазера накачки,при этом лазер накачки снабжен установленным за выходным зеркалом под углом45 к его оптической оси полупрозрачнымзеркалом и оптически связанными с нимнелинейными удвоителями частоты, дихроичными и полностью отражающими на одной из частот излучения накачки зеркалами, образующими три канала, оптическисвязанных с активной средой лазеров накрасителях,На фиг 1 приведена оптическая схема предлагаемого лидара; на фиг, 2 - функциональная схема лидара,60 65 Лпдар включает рубпповый элеме 1:т 1, модулятор 2 добротности лазера на рубине; глухое зеркало 3 лазера а рубине; полупрозрачное зеркало 4; нелинейпыс удвоители 5 и 6 частоты; сслектпвпыс зеркала 7 и 8, имеющие максимальное отражение на длине волны 694,3 нм и максимальное пропускпи с па лл,";е волны 347,1 нм, телескопическую систему 9, зеркала 10 - 12, имеющие максимальный коэффициент отражения на длппе волны 347,1 нм; полуволновые пластинки 13; кварцевые линзы 14; кюветы 15 - 17 с растворами красителей; глухое зеркало 18 лазеров на растворах красителей; входное зеркало 19 лазеров на растворах красителей; проекционное устройство 20 из пяти телескопов; газовый юстировочный лазер 21; поворотные зеркала 22 и 23.Приемник рассеянного в ооратном паправлении излучения содержит лазерпьш излучателе. 24, проекционное устройство 25 и приемник 26.Лидар работает следующим образом.Лазер на рубине .1 - 3 излучает одиночный моноимпульс с длиной волны 694,3 нм, С помощью, зеркала 4 лазерный пучок раз.деляется на две части. Один пучок с пнтенсивностью, равной 10% от падающего, проходит в прямом направлении в проекционное устройство 20 и направляется в атмосферу. Зто излучение - опорное. Отраженная от зеркала 4 часть излучения падает на кристалл 5 (нелинейный удвоитель частоты), где частично преобразуется в излучение второй гармоники, которое проходит через зеркало 7, отражается от поворотных зеркал 10 и 11, проходит через полуволновую пластинку 13 и цилиндрическую линзу 14 и возбуждает раствор красителя в кювете 15,Непреобразованная часть излучения с длиной волны 694,3 нм полностью отражаетея от зеркала 7 и через телескоп 9 направляется в нелинейный кристалл б, где частично преобразуется во вторую гармонику. Далее излучение второй гармоники проходит через селективное зеркало 8, отражается от поворотного зеркала 12, проходит через пластинку 13 и цилиндрическую линзу .14 и возбуждает раствор красителя в кювете 16, Непреобразованная часть излучения с длиной волны 694,3 нм полностью отражается от зеркала 8 и возбуждает раствор красителя в кювете 17.Генерация красителей развивается в резонаторе, образованном зеркалами 18 и 19, которые конструктивно образуют единый съюстированный блок. Зеркало 3 лазера накачки напылено на общую с зеркалом 18 стеклянную пластину. Таким образом, оптические оси четырех лазеров - лазера на рубине и трех лазеров на красителях - параллельны и не требуют взаимной подстройки в процессе работы. Кюг Ео 15 20 25 00 35 40 45 50 55 петь 15 - 17 с растворами красителей выполнены двухсекционными, Секции заполпспы растворами различных красителей, которые могут оперативно вводиться в резонатор двухпозиционным механическим переключателем, При переключении кювет расстройки резонатора не пропсхо:ит. Зто позволяет за две лазерье вспппи 1 пол- пить пзл" ".сеи кгасителей па " . рязлп п;ъЕх длинах волн из спектрального диагазспа 360 - 1000 нм. За каждую вспышу в атмосферу посылается излучение одновременно четырех длин волн - излучение опорной длины волны 694,3 нм (излучение лазера на рубине) и излучение трех лазеров на красителях, Таким образом, за две лазерные вспышки производптсч зондирование атмосферы в семи точках спектрального диапазона 360 - 1000 пм. Для уменьшения расходимости посланного в атмосферу излучения служит проекционное устройстьо 20, содержащее телескопические насадки в каждом из четырех каналов.Луч газового лазера 21 с помощью поворотных зеркал 22 и 23 настраивается параллельно оси зеркал 18 и 19 и служит для провешивания оптической оси излучателя и наводки его на исследуемьей объект.Предусмотренная в преллаг".,"-мо 1 .з 1:даре возможность одновременной посылки четырех импульсов излучения на различных длинах волн позволяет практически мгновенно в одном и том же объеме измерить оптические характеристики атмосферы (коэффициент обратного рассеяния, показатель рассеяния) в нескольких точках широкого спектрального диапазона, Спектральная зависимость указанных харастерСтик содеркит тпформацито о микроструктуре аэрозоля. Таким образом, описанный лидар решает задачу исследования нестабильных процессов в атмосфере, дает возможность следить за возникновением и трансформацией атмосферного аэрозоля. Область применения такого лидара гораздо шире, чем, например, устройства, в котором изменение длины волны посылаемого излучения осуществлялось бы последовательно, от вспышки к вспышке, так как время проведения измерений во всем спектральном диапазоне в этом случае значительно возрастает, и атмосферный аэрозоль в исследуемой точке успевает измениться. Формула изобретения Лидар для зондирования атмосферы, содержащий лазерный излучатель с резонаторами и системой зеркал, проекционное устройство и приемник рассеянного излучения, отличающийся тем, что, с целью расширения возможностей исследования в условиях нестабильной атмосферы, в нем лазерный излучатель выполнен в виде лазера накачки и трех лазеров на красителях с расположенными параллельно оптической оси лазера накачки кюветами активной среды и обецим резонатором, одно из зеркал которого является зеркалом резонатора лазера накачки, при этом лазер накачки снабжен установленным за выходным зеркалом под углом 45 к его оптической оси полупрозрачным зеркалом и оптически связанными с ним нелинейнымч удвоителями частоты, дихроичными и полностью отражающими на одной из частот излучения накачки зеркалами, образующими три канала, оптически связанных с ак- Б тивной средой лазеров на красителях. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1, Авторское свидетельство СССР10368531, кл. 6 01 % .1/00, 1972, 2. Патент США М 3758211, кл. 73-170, 1973 (прототип).685021 Фиг,2 Редактор С, Титова Техред А. Камышникова Корректор И; Осиповская Тип. Харьк. фнл. пред, Патент Заказ 256/163 Изд, Юз 124 Тираж 719 ПодписноеНПО аПоискэ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5