Лидар для зондирования атмосферы Советский патент 1982 года по МПК G01W1/00 

Лидар включает рубнновьа элемент 1, модулятор 2 добротноети лазера на рубине; «глухое зеркало 3 лазера на рубине; полупрозрачное зеркало 4; келпнейные удвоители 5 н 6 чаетоты; селективные зеркала 7 и 8, имеющие максимальное отражение на длине волны 694,3 нм и максимальное пропускание па. длине волны 347,1 нм, телескопическую систему 9, зеркала 10-12, имеющие максимальный коэффициент отрансения на длине во,;ны 347,1 нм; полуволиовые 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 обратном паиравленпи излучения содержит лазерный излучатель 24, проекционное устройство 25 и приемник 26.

Лпдар работает следующим образом.

Лазер на рубине .1-3 излучает одиночный моноимпульс с длиной волны 694,3 нм. С помощью зеркала 4 лазерный пучок разделяется на две части. Один пучок с нитенснвиостью, равной lO% от падающего, проходит в прямом направлении в проекционное устройство 20 и направляется в атмосферу. Это излучение - опориое. Отраженная от зеркала 4 часть излучения падает на кристалл 5 (нелинейный здвоитель 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 волкы 694,3 нм полностью отражается от зеркала 7 и через телескоп 9 направляется в нелипейный кристалл 6, 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. Кюветы 15-17 с растворами красителей выполнены двухсекционными. Секции заполнены растворами различных красителей, которые могут оперативно вводиться в резонатор двухпозиционпым механическим переключателем. При переключении кювет расстройки резонатора не происходит. Это позволяет за две лазериье ..кч получить излучение красителей на разлпчных длинах волн из спектрального диапазона 360-1000 нм. За каждую зспыглк} в атмосферу посылается излучение одновременно четырех длин волн - излучение опорной длины волны 694,3 пм

(излучение лазера па рубине) и излучение трех лазеров на красителях. Таким образом, за две лазерные вспышки производятся зоьгдироваппе атмосферы в семи точках спектрального диапазона 360-1000 нм.

Для уменьшения расходимости посланного в атмосферу излучения служит проекционное устройство 20, содержашее телескопические насадки в каждом из четырех каналов,

Луч газового лазера 21 с помощью поворотных зеркал 22 н 23 настраивается параллельно оси зеркал 18 и 19 и служит для провешивания оптической оси излучателя и наводкп его па исследуемый объект.

Пре/тусмотренная в преллаго мом Л1:даре возможность одновременной посылки четырех импульсов излучения на различных длинах волн позволяет практически

мгновенно в одном п том же объеме измерить оитические характеристики атмосферы (коэффициент обратного рассеяния, показатель рассеяния) в нескольких точках широкого спектрального диапазона.

Спектральная зависимость указанных характеристик содержит ;пформацию о микроструктуре аэрозоля. Таким образом, описанпый лидар решает задачу исследования нестабильных процессов в атмосфере, дает возможность следить за возникновением и трансформацией атмосферного аэрозоля. Облает 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 расш:ирения 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 общим 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 связанным с ним не.чинейными

удвоителями частоты, дихроичными и полностью отражающими на одной из частот излучения накачки зеркалами, образующими три канала, оптически связанных с активной средой лазеров на красителях.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР Afb 368531, кл. G 01 W 1/00, 1972.

2.Патент США Л 3758211, кл. 73-170, 1973 (прототип).

21