Способ измерения параметров солнечной плазмы Советский патент 1991 года по МПК G01R33/32 

Изобретение относится к астрофизике и может быть использовано для исследования физических условий в атмосфере Солнца.

Цель изобретения - расширение функциональных, возможностей за счет одновременных измерений дифференциальной лучевой скорости и напряженности магнитного поля ь единой оптической системе.

На фиг.1 представлена функциональная схема одного из вариантов устройства реализации способа; на фиг.2 - условная картина расположения компонент зеемановского расщепления спектральной линии, поясняющая принцип работы устройства.

Устройство реализации способа (фиг.1) содержит ахроматические четвертьволновые фазовые пластины 1 и 2, поляризационную призму-раздвоитель 3 изображения, входную щель 4 спектрографа, электрооптический модулятор 5, пространственного

положения спектральных компонент, дифракционный спектрограф 6, задающий генератор 7 для управления электрооптическим модулятором 5, лайншифтер 8 (устройство для смещения линии), фотометры 9, 10, син- хронные детекторы 11, 12 (интеграторы), дифференциальный усилитель 13, А, В - условные обозначения элементов изображения Солнца.

Четвертьволновые пластины 1 и 2 ори- ентированы под 45° к направлениям линейной поляризации лучей в поляризационной призме 3. В лайншифтере 8 точнее наведение магниточувствительной спектральной линии на щель фотометра осуществляется с помощью плоскопараллельной стеклянной пластины, установленной с возможностью поворота в плоскости дисперсии спектрографа. Задающий генератор 7 вырабатывает сигнал типа меандр для управления модулятором 5.

Перед измерениями производят установку избранных спектральных линий на входных щелях фотометров 9, 10. Для этого между поляризационной призмой 3 и четвертьволновой пластиной 2 устанавливают поляризатор так, чтобы его главное направление совпадало с направлением поляризации одного из лучей в призме 3. При этом через входную щель 4 спектрографа 6 пройдут лучи только одной поляризации, например правокруговой, и только от одного элемента изображения. В этом случае на выходе спектрографа спектр не раздваива- ется: синхронно с работой модулятора 5 смещается то вправо, то влево вдоль дисперсии. При точной установке немагнитной спектральной линии на щель фотометра 10 модуляции интенсивности светового потока исчезает и сигнал на частоте модуляции обращается в нуль, После этого с помощью лайншифтера 8 производят установку маг- ниточувствительной спектральной линии на входной щели фотометра 9. Затем поляри- затор удаляют, прибор готов к измерениям.

Способ осуществляют следующим образом.

Наличие в солнечном свете лучей с циркулярной поляризацией обусловлено деист- вием эффекта Зеемана. С помощью четвертьволновой фазовой пластины 1 цир- кулярно поляризованные лучи превращают в линейно поляризованные по двум ортогональным направлениям. При этом для непо- ляризопанной части солнечного света ничего не меняется и, следовательно, четвертьволновая пластина на немагниточув- ствительную спектральную линию влияния не окажет. Совмещают с помощью призмы 3 и че i зертьволновой пластины 2 направления преобразованной линейной поляризации солнечного света с направлениями поляризации раздвоенных изображений. В итоге через входную щель 4 спектрографа 6 пройдут лучи, поляризованные взаимоортогонально. Применительно к эффекту Зеемана это означает, например, что от элемента А пройдет компонента a-f , а от элемента В компонента а-. Далее с помощью фотометров 9, 10 интенсивности светового потока в крыльях магнитной и немагнитной спектральных линий преобразуют в электрический сигнал. На фиг,2 в виде треугольников, условно изображающих распределение интенсивности в компонентах спектральной линии как функцию длины волны, представлены два варианта. В обоих первые две позиции изображают исходное расщепление спектральной линии в элементах изображения А и В, третья соответствует результирующей картине в результате совмещенного действия пластины 1 и призмы 3. В первом (фиг.2а) магнитное поле в элементах изображения А и В имеет одинаковую напряженность, но противоположную направленность. Для упрощения полагаем, что лучевые скорости в А и В равны. В этом случае, как видно из фиг.2, положение а+ компонент, образованных прошедшими в спектрограф лучами, совпадает, следовательно, измеряемый сигнал результирующего магнитного поля равен 0. В варианте фиг.2б магнитное поле в обоих элементах одинаково по величине и направлению. В этом случае положение о- компонент такое же, как если бы свет проходил от одного элемента изображения. Следовательно, измеряемый сигнал характеризует алгебраическую среднюю величину напряженности магнитного поля и для обоих случаев справедлива формула

НСр - к (НА + Нв), где НА, Нв - напряженности магнитного поля в элементах А и В с учетом их знака (на наблюдателя +, от наблюдателя -). Пусть теперь лучевые скорости элементов изображения А и В различны. Для немагнитной линии (фотометр 10) образование сигнала полностью идентично прототипу, и измеряемый сигнал описывается выражением Si- Vg VA-VB. где VA, VB - лучевые скорости в элементах А и В. Для магнитной линии (фотометр 9) к сигналу Vg добавится сигнал НСр, т.е. S2 V0+HCp. Сигналы фотометров 9,10 детектируют соответ ственно синхронными детекторами 12, 11 на частоте генератора 7, управляющего электростатическим модулятором 5, и соединенного с опорными входами синхроде- текторов. Сигнал с выхода синхронного

детектора 11 подают на инвертирующий вход дифференциального усилителя 13, а на неинвертирующий вход подают сигнал с выхода синхродетектора 12. Поскольку Sz- Si(Vg+Hcp), то по фазе и амплитуде выходного сигнала дифференциального усилителя 13 судят о результирующем знаке и средней величине напряженности магнитного поля в элементах А, В, тогда как выходной сигнал синхродетектора 11 непосредственно характеризует дифференциальную лучевую скорость.

Формула изобретения Способ измерения параметров солнеч- ной плазмы, заключающийся в том,что осуществляют поляризационное раздвоение солнечного изображения, пространственную модуляцию разнополяризованных спектральных компонент и фотоэлектриче-

скую регистрацию колебаний интенсивности светового потока на частоте модуляции в крыле спектральной линии, по которым определяют дифференциальную лучевую скорость, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного измерения магнитного поля, естественную циркулярную поляризацию солнечного света преобразует в линейную, направления которой совмещают с направлениями поляризации раздвоенных изображений, и на частоте модуляции регистрируют колебаний интенсивности в крыльях двух спектральных линий, одна из которых маг- ниточувствительная,а другая

немагниточувствительная, и по разности зарегистрированных сигналов определяют величину и знак средней напряженности магнитного поля.

Изобретение относится к астрофизике и может быть использовано в исследованиях солнечной атмосферы. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения напряженности магнитного поля одновременно с измерением дифференциальной лучевой скорости. При реализации способа осуществляют с помощью поляризационной призмы - раздвоителя 3 и ахроматической четвертьволновой фазовой пластины 2 поляризационное раздвоение элементов А и В солнечного изображения, пространственную модуляцию радиополяризованных спектральных компонент, выделяемых дифракционным спектрографом 6 с входной щелью 4, с помощью электрооптического модулятора 5, управляемого задающим генератором 7, фотоэлектрическую регистрацию колебаний интенсивности светового потока в крыле спектральной линии с помощью фотометра 10 и синхронного детектора 11, по которым определяют дифференциальную лучевую скорость. Для достижения цели с помощью ахроматической четвертьволновой фазовой пластины 1 естественную циркулярную поляризацию солнечного света превращают в линейную, регистрируют колебания интенсивности в крыльях двух спектральных линий, магниточувствительной и немагниточувствительной, причем магниточувствительную с помощью лайншифтера 8 направляют на фотометр 9, соединенный с синхронным детектором 12. По разнице двух сигналов, измеренных дифференциальным усилителем 13, судят о величине и знаке средней напряженности магнитного поля. 2 ил.