Оптическое поляризационное устройство для зондирования атмосферы Советский патент 1980 года по МПК G01W1/00 

1

Изобретение относится к области метеорологии и атмосфериой оптики, ирименяется для измерения оптических микрофизических параметров атмосферы и может быть использовано для контроля уровня загрязнения атмосферы, распознавания кристаллических и градооиасных облаков.

Известны онтические поляризационные устройства для зондирования атмосферы, состояпдие из источника линейно-поляризованного излучения фотоэлектрических приемников, блока регистрации и оптической системы, содержащей иоляризационные фильтры, делящие рассеяиное в обратном направлении излучеиие на два взаимно ортогональных компонента, один из которых параллелен плоскости поляризации излучаемого светового иотока .

В этих устройствах на среду направляют пучок плоско-поляризованного света и измеряют степень деполяризации, которая является критерием границ области многократного рассеяния света. В качестве приемников излучения используются два телескопа с фотодетекторами, перед которыми установлены поляризационные фильтры.

Недостатком подобных устройств являет я необходимость использования двух приемных телескопов, что усложняет конструкцию локатора и вызывает трудность точной

совместной настройки телескопов на одни рассеивающий объем. Кроме того, наличие в приемном тракте только поляризационных фильтров позволяет определять только степень деполяризации, не получая информации о состоянии формы поляризации отраженной волны.

Ближайшее техннческое решение к изобретению - оптическое поляризационное

10 устройство, состоящее из источника линейно-поляризованного света, одного приемного телескопа с поляризацпонным расщепителем (призма Волластона) и двумя фотодетекторами.

В этом устройстве призма Волластона орпентпрована так, что на ее выходе один из компонентов э.чо-снгнала параллелен плоскости поляризации изл чаемого свето20 вого потока, а второй ей ортогонален {2. Недостатком устройства являются трудности выделения в метеообразованиях областей, состоящих из частиц несферической формы и индикации их преимущественной

25 пространственной ориентации. Это связано с тем, что зондирующее излучение н поляризационный расщепитель имеют строго фиксированную в пространстве ориентацию плоскостей поляризации, что не позволяет

30 фиксировать наблюдаемое в эксперименте

из-за наличия несферичности частиц вращения илоскости поляризации.

Цель изобретения - обнаружение частиц несферической формы.

Поставленная цель достигается тем, что нредлагаемое устройство для зондирования атмосферы, содержащее источник излучения, ириемный телескоп с полярпзационнЕям расщепителем-анализатором и двумя фотодетекторами, снабжено поворотной четвертьволновой фазовой иластинкой, установленной на входе поляризациоиного расщепителя-анализатора с возможностью фиксации ее осью наибольшего пропускания в вертикальной или горизонтальной плоскостях перпендикулярно к оптической оси ириемиого телескопа и под углом 45° к этому расположению.

На чертеже представлена блок-схема оптического поляризационного устройства для зондирования атмосферы.

Устройство содержит источник 1 поляризованного излучения. Рядом с передающей системой расположен приемный телескоп 2 с углом поля зрения, целиком охватывающим весь световой пучок, направленный в атмосферу. Непосредственно за фокальной плоскостью приемного телескопа находится поворотная фазовая пластинка 3, за которой установлен поляризацпоппый расщепитель-анализатор 4, имеющий линейные размеры, превышающие диаметр падающего на них светового пучка. На выходе поляризационного расщенителя-аналнзатора 4 на иути разделенных световых лучей установлены фотодетекторы 5 и 6, электрически связанные с блоком регнстрации 7.

1000 0100 000-1 0010

пучок света имеет следующие параметры

/о QO

-П f/o

Далее световой поток постуиает на поляризационный расщепитель-анализатор 4, который расщепляет его на два взаимно ортогональных компонента а и йу.

Ортогональные компоненты направляются на фотодетекторы 5 и 6, где оптические сигналы преобразуются в электрические и фиксируются в блоке регистрации 7.

Таким образом, при ориентировании фазовой пластинки под азимутальным углом

Работает устройство следующим образом.

От источника 1 излучения поляризованное излучение, состояние поляризации которого описывается четырьмя стоксовскими параметрами /о, Qo, t/o, Vo, направляется в ат.мосферу. В этой записи параметр / соответствует иитенсивиости излучения, а параметры Q, LJ, V описывают соответственно преимущественные горизонтальную поляризацию, поляризацию под углом 45° и иравоциркулярную поляризацию.

Все четыре параметра п.меют размерпость, иитепсивпость и определяются через

скалярные компоиепты электрического поля O.V II a,j, которые и подлежат пепосредстзеппому измерению

+ al; Q - al -

и 2a ay-cos у; ...ay-sinT,

где Y определяет фазовый угол между компонентами a,v и йу.

Если , то направление вращения правое, а при - левое.

Излучение, рассеянное атмосферой в обратном направлеиии, поступает на приемный телескоп 2 и далее направляется на фазовую пластинку 3. Пусть в начальный момент времени азимут оси 1 аиоо;1ьшей скоростн фазовой пластинки составляет

90°, тогда на выходе фазовой пластинки, описываемой для этого иоложеипя матрицей Мюллера

/о QO

f/0 0

90° определяются следующие компоненты вектора Стокса:

/.-аН« HQ a2-a2.

Во второй момент времени фазовая пластинка устанавливается под азимутальным углом 45° и вновь производится носылка в атмосферу полярнзованного излучения. В этом случае на выходе фазовой пластинки, описываемой для этого иоложения матрицей