Устройство для дистанционного зондирования температуры атмосферы Советский патент 1993 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к области метеорологических измерений и может быть использовано на метеостанциях и в лазерном зондировании атмосферы.

Известны устройства для дистанционного определения температуры атмосферы методами лазерного зондирования, основанные на использовании чисто вращательного спектра спонтанного комбинационного рассеяния света (СКР) молекул азота и кислорода, в которых участки чисто вращательного спектра выделяются с помощью монохроматора.

Однако их работа ограничена ночными условиями из-за влияния фона сплошного спектра излучения неба, которое является помехой при регистрации спектра СКР, имеющего дискретную

структуру, и снижает этим точность измерений.

Наиболее близким к- описываемому является устройство, содержащее передатчик монохроматического излучения в атмосферу, оптическое устройство для приема рассеянного атмосферой излучения, двойной монохроматор для выделения участков чисто вращательного спектра СКР азота (N) и кислорода (Oj) и фотоэлектронные умножители для преобразования оптических сигналов в электрические.

Целью изобретения является уменьшение уровня помех от фонового излучения.

Это достигается тем, что устройство снабжено установленным перед входной щелью монохроматора интерферомет ром Фабри-Перо, база которого равна 1/8 В jg,,,, а длина волны возбуждающего излучения Гв; 1к з72Г. где R1 - вращательная константа мо лекулы азота; К - любое целое число. На чертеже изображена схема устройства. Устройство включает источник 1 им пульсов монохроматического излучения в атмосферу, приемное оптическое устройство 2, интерферометр Фабри-Пе ро 3, фокусируюидую оптику t, двойной монохроматор 5 и блок 6 фотоэлектрон ных умножителей. Источник 1 направляет в атмосферу импульс монохроматического излучения Приемное оптическое устройство 2 при нимает рассеянное атмосферой излучение и в виде коллимированного пучка направляют его на интерферометр 3./ Далее прошедшее через интерферометр Фабри-Перо излучение с помощью фокусирую1цей оптики k направляется на входную щель двойного монохроматора 5. Интенсивность выделенных двойным монохроматором 5 участков чисто.вращательного спектра СКР молекул азота регистрируется фотоэлектронными умножителями 6. Поскольку чисто вращательные спектры СКР азота и кислорода содержат наборы практически эквидистантных линий, то фоновое излучение, всегда имеющееся в атмосфере в видимом диапазоне длин волн, не совпадаю по длинам волн с линиями СКР, можно удалить из спектра рассеянного излучения с помощью интерферометра Фабри-Перо. Известно, что функция пропускания интерферометра Фабри-Перо для коллимированного пучка света представляет собой периодическую функцию, имеющую набор равноотстоящих в шкале частот максимумов, расстояние между которыми равно где t - база интерферометра. С другой стороны расстояние между линиями чисто вращательного спектра СКР N или Og в шкале частот определяется вращательной константой молекулы В см- и равно для линий разной четности и 8В для линий одной четности. Так как концентраций молекул в четыре раза больше, чем Oj, а сечения рассеяния почти одинаковы, то интенсивность линий СКР азота больше. Поэтому нужно подобрать базу интерферометра так, чтобы максимумы его функции пропускания совпадали с линиями чисто вращательного спектра СКР азота. Лля этого t должна равняться t 1/8 . При этом длина волны возбуждающего излучения {, должна удовлетворять условиюi|B,jK + 3/2) где К - любое целое число. Это условие вытекает из того, что первые лиНИИ азота во вращательном спектре СКР отстоят от частоты возбуждающего излучения на 8В н по обе от нее стороны, т.е. (l/Xp - .скр) г 6Вм„, с одной стороны, и с другой стороны, частота 1/Лвр,скР должна совпадать с частотой одного из максимумов функции пропускания интерферометра - 1/ K/2t , где К любое целое число. Таким образом, если в коллимировйнный пучок помещают интерферометр Фабри-Перо с базой t, 1/8 Вщ , то тем самым очищается излучение от фона, не совпадающего по длинам волн с линиями вращательного спектра СКР. Далее прошедший через интерферометр с,вет с помощью фокусирующей оптики подается на входную щель двойного монохроматора, где по известной схеме выделяются участки вращательного спектра, измеряются их интенсивности, из отно 11ения которых далее находится значение температуры.