Лидар Советский патент 1993 года по МПК G01N21/63 

Изобретение относится к области лазерной локации и может быть применено в метеорологии, аэрономии, в области охраны природы при измерении состава атмосферы, а также для контг роля газового загрязнения атмосферы

. Известны устройства, предназначенные для дистанционного измерения газового состава атмосферы (лидары), основанные на дифференциальном поглощении излучения Лазера на линии исследуемого вещества., Так, устройство для измерения газовых характеристик атмосферы оптическим зондированием включает два лазера, излучающие длины волн, одна из которых совпадает со спектральной линией поглощения исследуемого газа, а другая не совпадает, и оптическую приемную систему Сравнивая интенсивности излучения от обоих лазеров, определяют газовый состав ,

Недостатком известных устройств можно назвать малую помехозащищенность из-за того, что в качестве фотоприемников служат различные фотоэлектронные приборы с широкой полосой пропусканияо Кроме того, недостаточная чувствительность, которая еще ухудшается с сужением спектральной линии поглощения исследуемого

00 вещества, и трудности, связанные

ел о ю с необходимостью высокой стабилизации частоты излучения лазера и настройкой на частоту линии поглсяцения исследуеXIмого газа, существенна ограничивают

ю применимость названных устройств. Наиболее близким является устройство, которое содержит лазерный источник с широким спектром, приемную оптическую систему, на оптической оси которой расположен регистратор

Недостатком данного решения является его небольшая чувствительность и малая помехозащищенность.

Целью изобретения является повышение чувствительности и помехозащищенности лияара для исследования газового состава атмосферыс

Поставленная цель достигается тем что в лидере, содержащем лазерный источник с широким спектром излучения, оптическую приемную систему с телескопом Кассегрена и блок регистрации сигналов, в лазерном источнике установлен дополнительный резонатор, оптическая ось которого пересекается с оптической осью резонатора внутри активного тела лазерного источника На оптической оси дополнительного резонатора со стороны выходного зеркала установлен телескоп Кассегрена, а блок регистрации установлен на оптической оси дополнительного резонатора со стороны, противоположной телескопу, причем блок регистрации выполнен в виде спектрального фоторегистратора, перед входом, которого установлен интерферометр Фабрй-Пероо

Так как прием отраженного сигнала ведется на дополнительный оптический квантовый генератор, образованный дополнительным резонатором и активным элементом лазерного источника, устройство имеет большую помехозащищенность о Большая чувствительность лазера на отраженный сигнал и эффект конкуренции мод в резонаторах с общи активным элементом приводит к большо чувствительности дополнительного лазера к отраженному сигналу

На чертеже приведена блок-схема одной из реализаций предлагаемого лидарас

Она состоит из лазерного источника (образованного активным элементом 1, зеркалами 2, 3, дополнителного маломощного лазера (состоящего из зеркал , 5 и активного элемента 1), приемного телескопа Кассегрена (зеркала 5, 6), интерферометра Фабри-Перо 7 и фоторегист1эатора 8, расположенных на оптической оси дополнительного лазера со стороны, противоположной телескопу.

Лидар работает следующим образом„ Длинный МО111НЫЙ cвetoвoй импульс с широким, гладким спектром, посылаемый источником лазерного излучения (зеркала 2, 3, активный элемент Т) через атмосферу, рассеивается или отражается от объектаt Если линия

поглощения исследуемого газа в атмосфере находится в пределах линии излучения лазерного источника, то в спектре отраженного сигнала появится провал,. Обратно отраженная часть излучения улавливается приемным телескопом Кассегрена (зеркала 5, 6) и направляется в резонатор дополнительного квантового генератора (зеркала 4, 5)с Воздействие отраженного сигнала с провалом на дополнительный лазер и сильная конкуренция мод резонаторов (зеркала 2, 3 и А,5) с общим активным элементом 1 приводи к тому, что в спектре излучения дополнительного лазера появится сильно усиленный провал, который можно зафиксировать на скоростной фоторегистратор 8

Так как прием отраженного сигнала производится оптическим квантовым генератором, устройство имеет большую помехозащищенность, что позволяет вести работу при наличии оптических помех и в любое время суток. Кроме того, чувствительность лазера к селективному воздействию ухудшаетс из-за непостоянства коэффициента усиления активного элемента в местах образующихся провалов в спектре излученияt В предлагаемом устройстве избыток инверсии в местах провала спектра дополнительного лазера будет сниматься модами передаю1цего лазерного источника, обеспечивая постоянство коэффициента усиления активного элемента с Таким образом, в результате конкуренции мод дополнительного квантового генератора и лазерного источника подобно внутрирезонаторному явлению достигается большая чувствительность и, следовательно, дальнодействие устройства; применение одной системы накачки, ак тивного элемента, отсутствие электрических и оптических блоков, предназначенных для синхронизации лазерного источника и квантового усилителя, приведет к достаточной компактности и дешевизне предлагаемого устройства и может быть установлено на борту летательного аппарата с целью поиска и оперативного обнаружения мест аварий на нефте- и газопроводах, включая подземные, а также для обнаружения мест залеганий полезных ископаемых по скоплению газовых сателлитов .

58562796

Устройство с указанными отличиями компонентов, а также в метеороломожет найти широкое применение при гии и в различных отраслях промышрешении ряда научно-исследователь- ленности, где необходимы дистанционских работ, при зондировании атмо- , - иые измерения газовых загрязнений, сферы с целью определения газовых

ЛИДАР, содержащий лазерный источник с широким спектром излучения, оптическую приемную систему и блок регистрации сигналов, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и помехозащищенности, в лазерном источнике установлен дополнительный резонатор, оптическая ось которого пересекается с оптической осью основного резонатора внутри активного тела лазерного источника