Способ определения напряженности электрического поля атмосферы Советский патент 1992 года по МПК G01K1/16 

Изобретение относится к технике измерений атмосферных параметров и может быть использовано для измерений вектора напряженности электрического поля атмосферы.

Известен способ определения напряженности электрического поля атмосферы путем регистрации напряжения, наводимого электрическим полем в приемной системе, по величине которого судят о напряженности электрического поля атмосферы.

Известный способ не обеспечивает дистанционности измерений и не позволяет определить направление электрического поля.

Наиболее близким к данному техническому решению является способ определения напряженности электрического поля

атмосферы путем посылки в исследуемую область двух зондирующих лазерных лучей,

О частота одного из которых равна заданной

о о частоте комбинационного перехода молекул исследуемой области, и регистрации сигнала комбинационного рассеяния света, по величине которого судят о величине на4пряженности электрического поля атмосферы.

Однако известный способ не позволяет определить направление электрического поля атмосферы в исследуемой области.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа за счет обеспечения измерения направления электрического поля в исследуемой области.

Для этого в известном способе определения напряженности электрического поля атмосферы путем посылки в исследуемую

область двух зондирующих лазерных лучей, частота одного из которых равна заданной частоте комбинационного перехода молекул исследуемой области, и регистрации сигнала комбинационного рассеяния света, зондирующие лазерные лучи линейно поляризуют, причем в первой посылке плоскости поляризации зондирующих лазерных лучей ориентируют взаимно параллельно, а во второй и третьей посылках плоскость поляризации каждого из зондирующих лазерных лучей поочередно изменяют на ортогональную, и по сигналу комбинационного рассеяния света и направлению поляризации зондирующих лучей определяют вектор напряженности электрического поля атмосфера,.. - ,

Нафиг.1 приведено пространственное расположение векторов распрос гране1 ия зондирующих лазйрг1ых лучей Кй) и KQ их поляризации со и fQ , и направление сектора измеряемого посто51нного электрического поля 1о в первой посылке; Q - заданная частота комбинационного перехода молекул исследуемой области; на фиг,2 и фиг.З приведено пространственное ра с оложеИиевекторов KU,NQ. S .JQ втором и третьей посылках соответственно,

Способ реализуется следуюи им образом.. . - При сме1иении зондирующих лазерных линейно поляризованных излучений с частотами U) и Q в присутствии постоянного измеряемого электрического поля Ео, в исследуемой, области образуется излучение с частотой .0) -1- Q Мощность излучения l(uj+ зависит от моьцностей зондирующих лазерных лучей 1( uJ ) и 1( f свойств среды исследуемой области атмосферы, описываемой тензором нелинейной кубической восприимчивости величины постоянного электрического поля Ео и его направления {о относ11тель ю поляризаций зондирующих лучей 1а и IQ При зондировании атмосферы с взаимно параллельной поляризацией зондирующих .лучей, когда

Щ IQ I, измеряемый сигнал будет описываться следующим выражением

.1) (ая-R) К I («) I (D)/Fo/2 ((2хЙ/(6 %Ш)(2x()if(6;с(52)-Пб%Ш (ezii 3

((1)

где cos а (п io).

Во второй посылке поляризацию зондирующего луча изменяют на 90°, т.е. и Fi В-В том случае измеряемый сигнал будет

l2(fi)-l-Q)K-l(o;)-.r(Q)/Fo/2 12хШ ) - ( ) 1 -f+ (2л:Ш ) - ( /-cos2 }(2)

где cos /3 -( То}.

Третье зондирование осущертвляют, кдгда fQ повернут на 90°, т.е. IQ F а fe K. Измеряемый сигнал в третьей посылке будет

.. -- - . :

3(ft)4-Q)K 1(0) l(Q)/Fo/

( 2 rfni у- ( 6 ) f cos2 a +

+ (2 X ) - (6 ) cos2 y} (3) где cos у (h lo). . .

Зная компоненты тензора нелинейной кубической восприимчивости , и измеренные отношения l2/li, Is/И придопол-. нительном соотношении между углами

a,j8,y и лр в виде .

CDS- a-) +cos у -(-2cosуЗ cos ycos

-.1

.находят углы «1 и у определяющие направление вектора постоянного электрического поля атмосферы в иссл.едуемой области.. По найденным .значениям углов «1 измеряемой мощности сигнала, в одной из посылок, например, I2(y-f Й)можнр определить величину модуля (ЕО).

. Таким образом предлагаемый способ позволяет одновременно определить вектор напряженнйсти электрического поля атмосферы. . ..

Гфи использовании в качёстве-зондирующих лучей излучения второй гармйиики импульсного лазера на неодимовом стекле ( й 18797 см А 532 им) и возбухедаемо p. го им же излучения параметрического генё ратора света ( Q 2330 см , А 4290 нм), соответствующего чистоте комбинационного перехода атмосферного молекуЛйрного азота, и мощности 1( СУ) и I(Q) 1 МВт и ОЛ МВт соотвотстйбнио, минимальное измеримое постоянное электрическое поле в атмосфере имеет величину 1,6 Ю В/см.

Предлагаемый способ может быть использован для определения вектора постоянного электрического поля наряду с атмосферой в любых, прозрачных для зондирующих лучей средах.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ АТМОСФЕРЫ путем посылки в исследуемую область двух зондирующих лазерных лучей, частота одного из которых равна заданной частоте комбинационного перехода молекул исследуемой области, и регистрации сигнала комбинационного рассеяния света, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа за счет обеспечения измерения направления электрического поля в исследуемой области, зондирующие лазерные лучи линейно поляризуют, причем в первой посылке плоскости поляризации зондирующих лазерных лучей ориентируют взаимно парал ельно, а во второй и третьей посылках плоскость поляризации каждого из зондирующих лазерных лучей поочередно изменяют на ортогональную, и по сигналу комбинационного рассеяния света и направлению поляризации зондирующих лучей определяют вектор напряженности электрического поля атмосферы.

- /

ец - п

u;