Лидар для зондирования атмосферы

" 68502I

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ1

Союз Советских

Секиаристических

Республик

1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06Л2.77 (21) 2551383/18-10 (51) M.Kë. G 01 W 1/00 с присоединением заявки—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытый (23) Приоритет— (53) УДК 551.508.g (088.8) (43) Опубликовано 15.03.82. Бюллетень № 10 (45) Дата опубликования описания 15.03.82 (72) Авторы язобретения Е. М. Гитлин, М. М. Лойко, В. С. Моткин и А. П. Чайковский (71) Заявители Ордена Трудового Красного Знамени институт физики

АН Белорусской ССР : ИД 3й. ", i .. Ц (54) ЛИДАР ДЛЯ ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ

Изобретение относится к области зондирования атмосферы и может быть использовано при создании лидаров (оптических локаторов) для исследования про.зрачности атмосферы, состава и плотности облаков, тумана, дымов, структуры аэрозольных взвесей по обратному светорассеянию.

Известно устройство для зондирования атмосферы, содержащее источник и приемник излучения оптического диапазона (1).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является лидар для зондирования атмосферы, который состоит из лазерного излучателя, проекционного устройства для направления излучения в атмосферу и приемника рассеянного в обратном направлении излучения (2).

В известном лидаре в качестве источника излучения используется рубиновый лазер с модулятором добротности, резонатором и системой зеркал.

Однако он работает на одной фиксированной длине волны. Это значительно сокращает объем получаемой информации и не позволяет использовать прибор для исследования микроструктуры аэрозоля в условиях нестабильной атмосферы.

Целью изобретения является расширение возможностей исследования микроструктуры аэрозоля в условиях неста бильной атмосферы.

5 Поставленная цель достигается тем, что в лидаре, содержащем лазерный излучатель, проекционное устройство для направления излучения в атмосферу и приемник рассеянного в обратном направле10 нии излучения, лазерный излучатель выполнен в виде лазера накачки и трех лазеров на красителях с расположенными параллельно оптической оси лазера накачки кюветами активной среды и общим ре15 зонатором, 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 связанными с ним нелинейными удвоителями частоты, дихроичными и полностью отражающими на одной из частот излучения накачки зеркалами, образующими три канала, оптически связанных с активной средой лазеров на красителях.

На фиг. 1 приведена оптическая схема предлагаемого лидара; на фиг. 2 — функциональная схема лидара.

685021

Лпдар включает рубиновый эл-ikci:T 1, модулятор 2 добротности лазера на руби не; «глухое» зеркало 3 лазера на рубин; полупрозрачное зеркало 4; нелинейпые удвоители 5 и 6 частоты; сслектпвпыс зеркала 7 и 8, имеющие максимальное отра>кеппе на длине волны 694,3 нм и максимальное пропускгпп.с па длине олпы

347,1 нм, телескопическую систему 9, зеркала 10 — 12, имеющие максимальный коэффициент отражения на длине волны

347,1 нм; полуволновые 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 ооратном паправлении излучения содержит лазерпьш

H3лучатель 24, проекционное уcTpOHcTBo 25 и приемник 26.

Лидар работает следующим образом, Лазер на рубине .1 — 3 излучает одиночный моноимпульс с длиной волны 694,3 нм. С помощью, зеркала 4 лазерный пучок раз.деляется на две части. Один пучок с пнтенсивностью, равной 10% от падающего, проходит в прямом направлении в проекционное устройство 20 и направляется в атмосферу. Зто излучение — опорное. Отраженная от зеркала 4 часть излучения падает на кристалл 5 (нелинейный удвоитель 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 волны 694,3 нм полностью отражается от зеркала 7 и через телескоп 9 направляется в нелинейный кристалл б, 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. КюJ !

О

55 веты 15 — 17 с растворами красителей выполпепы двухсекционными. Секции заполпспы растворами различных красителей, которые могут оперативно вводиться в резонатор двухпозиционным механическим переключателем. При переключении кювет р",ññòðîéêè резонатора не пропсхо:ит. З-,о ггозволяет „-a две лазер,е вс;ь, пкп пол;—

1 чт! пзл" "гни кэасп" ч Й на гя лпчных длинах волн из спектрального диагазопа 360 — 1000 нм. За каждую вспыш«у в атмосферу посылается излучение одновременно четырех длин волн — излучение опорной длины волны 694,3 нм (пзлучение лазера на рубине) и излучение трех лазеров на красителях. Таким образом, за две лазерные вспышки производц,— сч зондирование атмосферы в семи то-.ках спектрального диапазона 360 — 1000 нм.

Для уменьшения расходимости посланного в атмосферу излучения служит проекционное устройстьо 20, содержащее телескопические насадки в каждом из четырех каналов, Луч газового лазера 21 с помощью поворотных зеркал 22 и 23 настраивается параллельно оси зеркал 18 и 19 и служит для провешивания оптической осН излучателя и наводки его на исследуемый объект.

Прс гусмотренная в преллаг".,"-мо. лпдаре возможность одновременной посылки четырех импульсов излучения на различных длинах волн позволяет практически мгновенно в одном и том же объеме измерить оптические характеристики атмосферы (коэффициент обратного рассеяния, показатель рассеяния) в нескольких точках широкого спектрального диапазона.

Спектральная зависимость указанных характеристик содер>кит информацию о микроструктуре аэрозоля. Таким образом, описанный лидар решает задачу исследования нестабильных процессов в атмосфере, дает возможность следить за возникновением и трансформацией атмосферного аэрозоля. Область 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 расширения возможностей исследо685021 вания 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 связанными с ним нелинейнымч 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

¹ 368531, кл. G 01 W 1/00, 1972.

2. Патент США ¹ 3758211, кл. 73-170, 1973 (прототип).

685021

Фиг.2

Редактор С. Титова Техред A. Камышникова

Корректор И; Осиповская

Тип. Харьк. фнл. пред. «Патент»

Заказ 256/163 Изд. Ко 124 Тираж 719 Подписное

НПО Поиск> Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5