Лазерный гетеродинный локатор атмосферы

 

Изобретение используется в метеорологии при измерении параметров движущейся атмосферы. Цепь изобретении - увеличение чувствительности и дальности зондирования путем увеличения отношения сигналт/шум. Для этого в лазерный гетеродинный локатор атмосферы введена кювета t-, расположенная между светоделителем 2 излучения лазера 1 и полупрозрачной пласти- Hcrt 8, после которой излучение фокусируется линзой 8 на фотоприемник 9, на который также поступает рассеянное атмосферой лазерное излучение, где после усиления в усилителе 11 сигнал поступает на анализатор 12 спектра . Кювета заполнена веществом, в котором происходит двухфотонное поглощение излучения лазера 1 на электронных переходах типа. При ослаблении интенсивного лазерного излучения, проходящего через кювету со средой с двухфотонным поглощением на S- О-переходах, уровень шума в выходящем из кюветы излучения ниже дробового практически во всем интервале частот. 1 ил. г (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

С01 1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) g С 01 S 17/00

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

ПЩ

F)H

H д ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ атмосферы введена кювета 4 расположенная между светоделителем 2 излученич лазера 1 и полупрозрачной пластиной 8, после которой излучение фокусируется линзой 8 на фотоприемник 9, на который также поступает рассеянное атмосферой лазерное излучение, где после усиления в усилителе 11 сигнал поступает на анализатор 12 спектра. Кювета заполнена веществом, в котором происходит двухфотонное поглощг.ние излучения лазера 1 на электройных переходах S- D типа. При ослаблении интенсивного лазерного излучения, проходящего через кювету со средой с двухфотонным поглощением на S Р-переходах, уровень шума в выходящем иэ кюветы излучения ни*е дробового практически во всем интервале частот.

1 ил. метном ослаблении падающего на нели- Эмка нейную среду излучения к субпуассоно- ф вской статистике фотонов в нем. В качестве нелинейной среды рассмотрим атомарный гаэ, резонансно-поглощаю" щий прохождение через него излучение в двухфотонном процессе с основного состояния в возбужденное, которое за1 тем быстро релаксирует в основное состояние путем спонтанных каскадных пе- Ф реходов через промежуточные уровни, й. рассеивая излучение в другие полевые моды, отличающиеся по спектру и направлению в пространстве. Поскольку в рассматриваемом процессе фотоны в паре поглощаются одновременно, разГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ (46) 07.07,92.Бюл. Е 25 (21) 4311639/22 (22) 30.09.87 (71) Институт оптики атмосферы

СО АН ГССР (,2 В.И.Захаров, Ю.Н.Пономарев н Г.Г.Фомин (53) 621,396.965 (088.8)

<, 56) Авторское свидетельство СССР

1433212, кл. Г 01 S 3/46, 1986. (54) ЛАЗЕРН11И ГЕТЕРОДИННЫЙ ЛОКАТОР

/ Т1-!ОСФЕРЫ (5/) Изобретение используется в метео1ологнн при измерении параметров движущейся атмосферь, Цель изобретения — увеличение чувствительности и дальности зондирования путем увеличения отношения сигнал/шум. Для это1о в лазерныи гетеродннный локатор

Изобретение относится к устройстзам повышения чувствительности оптического гетеродннирования и может использоваться в метеорологии для оперативного контроля параметров турбулентности атмосферы, для дистанционJ ного измерения скоростей рассеивающих объектов и т.п.

Цель изобретения — увеличение чувствительности и дальности зондирования путем увеличения отношения сигнал/шум.

Если иэ достаточно интенсивного лазерного лучка парами удалить фотоны, это приводит к понижению уровня флуктуаций фотонов в пучке и при за„„80„„1515911 А1! )!5911 делен«п,)г ««р< (T!)ë>1(тfl< 11>1«м интf рн;)лом 1((гд" Ь вЂ” ц.«инл н<)лни гн< тл), тс) II ре чvJ-r iflòe >«оглощения излучения достато lkro п.)отяженной -.p(дой н нсх<)дной

1 мoJle и< ля )c T iklóòcÿ тоJlüx<) единичные фот<энь«, рл деленные прострлнстненным интернллом сущегтненно больше «( т.е. в преобразонлннсм излучении остлеTcfl ToJI«,Ko cadre(.b ())<>f(offcxwx cnc T

>«1ополнительнь«м ис T<)чником флуктуа— ций мо ет служить хаотическая взаимная ориентация спиног< поляризованного лазерного излучения. 11лрпимер, при ис и< л),:)онлнии Б --Б-переходон f),атомах пог;ro!II;I«)T

/п=0 ?, /n=1 ) и /п=2 ) с лнтиплрлллельной ориентацией спинон. 30

При ослаб)лении интенсивного лазерного излучения, проходящего через кюгету с двухфотоннопоглощающей на

S D-переходах средой, уровень шума в выходящем излучении будет ниже дро- 3 бового практически но всем интервале частот. 1(ри этом наиболее цел сообрл-)но использовать кк)нету, злполненнун) плрл««и N(I и <>(>еспечи«чл)<)«цу)) Jl lllну прохода лазерного Ilariy

Величина компенсации дробон<)r о фона определяешься д<)лей энергии пс)гло- 45 щенной в кювете.

На чертеже изображена функцнональ— нля схема лазерного гетеродини<.го х<>д )<(1 я к)<>11< 7 1 4, l;I II<) Jl)I< «I«I(I)I двух— фотоннь«м II<)1 )1

4 расположена другая полупрозрачная стеклянная пластина, которая своей отрлжа) ))цей стороной оптически г ня эана с выходным с>кном 6 многоходовой кюветы 4 и расположена K оптической

o<1l многоходовой кюветы 4 под таким угл<)м, при котором канал отражения

col)I.)дает по направлению с каналом прихода рассеянного исследуемой средой ллзернс;го иэлуч< ния. При этом н клн;)ле отрлжс нил, образуемом полупрозрлчнс)й пластиной 7, последоватспь«)о p, crlorro)fщая линза H и ф< топриемник 9, при «ем последни)1 оптичес ки связан через фокусиру«(>(цу Y) JIH H >ó 8 с пол упро зрлч ной стеклянной пластиной 7. С друг ° стороны и )лупрозрачной пластины 7 н канале рассеянного гредой лазерного излучения расположен объектив 10, обеспечинлю««э<й коллимиронание рлссеяннпго сре)l<>11 лл-)срного излу>ч< ния. В ука ан«н)м ллзс рном гегеродинном локаторе у(: глнонлен также усилитель 11 элекTI)f«Ie< ких сигналов и анализатор 12 спектра, с которым через усилитель электрических сигналов связан объектив 10.

1!редллгаемый лаэернь«)1 гст. одинныи локатор атмосферы рлб)< тле1 CJIeдуЮ)цИМ ОбрЛЗ»М.

Лазерное излучение из )лзера 1 попадает на светоделитель 2 и частично проходит через него, а частично отражается. 11рошедшее через светоделитель

2 излучение попадает на фокусирующую систему 3 и фокусируется в заданном объеме исследуемой рассеивающей среды.

50 локатора.

PaçeI) III.lII гетеродинный»r клтор атмосферы cîfråf>òèò интенсинньн« Jlлзер

1, снетоделитель 2, например п<)лупрозрачную стеклfrfIHую пласти «у, расположенную перед выходным <>кн(м л:чзера 1 под углом 45 к nrl г)<чеcxnA <. и )того лазера. Светоделитefll 2 . брззует дна оптических канллл. В одf«1) из них расположена фокусируюшля -и<тсмл 3 с длинным фс>кус )«1,;. » друг< и — мп -(Отраженное от снетоделите)«я 2 лаверное излучение попадает н многоходовую кювету 4, эаполнепнун) атомным или молекулярным газ<.м, резонансно

«н)глощлюшим f; двухфотонном процессе на электроннь«х . ереходлх Б †>-11-типа (н качестве погло)цлющего вещества в кювете 4 м<>гуг испольэовлть.-я и конденсиронанные среди, т.с. жипкогть

Составитель С.Лямов

Техред М..Дидык

Корректор Э.Лоичакова

Редактор Н.Федорова

Заказ 2818/ДСП Тираж Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 10f

S 1")159 или кристаллы) . Выш< лшее иэ многоходовой кюветы 4 излучение имеет гораздо более низкий уровень флуктуаций фотонов, чем излучение, вышедшее непосредственно из лазера l. Это иэлуче 5 ние попадает на полупрозрачную пластину 7, отражается от нее, проходит через фокусирующую линзу 8 и фиксируется на фотоприемнике 9. Одновременно рассеянное исследуемой средой лазерное излучение собирается объективом

10 и через полупрозрачную пластину 7 и фокусируюшую линзу 8 направляется также на фотоприемник 9. В результа- 15 те оба излучения смешиваются с согласованным волновыми фронтами н на фотоприемнике возникают биения фототока на разностях частот лазерного излучения, вышедшего иэ многоходовой 20 кюветы 4 и рассеянного исследуемой средой лазерного излучения. Биения фототока с фотодетектора усиливаются усилителем 11, и частота этого биения определяется с помощью спектроанали- 25 затора 12.

11 6

Ф о р и у л а и э о б р р т е н и л . 1а:эерн;,пi гетеролинэп и локатор атмосф 1эыр СОдержаший послед(fl l7 с 1l > 1(о расположенные и оптически сопряженные источник лазерного излучения, светоделитель и фокусирующую систему, последовательно расположенные оптически сопряженные приемный объектив, полупрозрачную пластину, фокусируюшую линзу и фотоприемник, а также последовательно соединенные усилитель и анализатор, при этом выход фотоприемника соединен с входом усилителя,-отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и дальности зондирования путем увеличения отношения сигнал/шум, установлена многоходовая оптическая кювета, входным окном оптически сопряженная со светоделителем, выходным окном оптически сопряженная с полупрозрачной пластиной, заполненная поглощающим веществом с двухфотониым поглощением лазерного излучения на электронных переходах S D-типа.