Способ исследования атмосферы солнца и устройство для его осуществления

 

Использование: астрофизика, экспериментальные исследования атмосферы Солнца . Сущность изобретения: осуществляют модуляцию поляризации солнечного света, а в выходном сигнале фотометра регистрируют две составляющих, одна из которых имеет постоянную фазу и связана с дифференциальной лучевой скоростью, а другая меняет фазу с частотой модуляции поляризации и связана со средней величиной продольной напряженности магнитного поля. Таким образом, кроме возможности измерять дифференциальную лучевую скорость в любом участке солнечного спектра метод обеспечивает одновременные измерения двух параметров с помощью одного фотометра . 2 с.п. ф-лы, 1 ил. fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 J 7/00

ГОСУДАРСТВЕ1+<Ъ|Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР в в 1

1 г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ к ь ь

Ф (21) 4688739/25 (22) 11.05.89 (46) 07.11.92. Бюл. t4 41 (71) Сибирский институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн СО АН СССР (72) Н.И.Кобанов (73) Сибирский институт земного магнетизма ионосферы и распространения радиоволн СО АН СССР (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 754217, кл.. G 01 J 3/06, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

ЬВ 957009, кл. G 01 J 3/06, 1982. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ СОЛНЦА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к астрофизическим измерениям и может быть использовано для исследования физических условий в атмосфере Солнца.

Известен способ измерения лучевой скорости, основанный на использовании теллурических спектральных линий в качестве спектральных реперов (11, Поскольку собственные смещения теллурических линий незначительны, а смещения инструментального происхождения такие же, как для линий солнечного спектра, то становится возможным учесть внутренние шумы спектрографа. Однако применение метода жестко ограни4ено теми участками спектра, где имеются близко расположенные теллурические и солнечные линии. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ, по которому для измерения

„,. Ж„„1 775040 А3 (57) Использование: астрофизика, экспериментальные исследования атмосферы Солнца. Сущность изобретения: осуществляют модуляцию поляризации солнечного света. а в выходном сигнале фотометра регистрируют две составляющих, одна из которых имеет постоянную фазу и связана с дифференциальной лучевой скоростью, а другая меняет фазу с частотой модуляции поляризации и связана со средней величиной продольной напряженности магнитного поля.

Таким образом, кроме возможности измерять дифференциальную лучевую скорость в любом участке солнечного спектра метод обеспечивает одновременные измерения двух параметров с помощью одного фотометра. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. дифференциальной лучевой скорости изображение Солнца раздваивают и модулируют пространственное положение - ь разнополяризованных спектральных компонент (2). При этом за счет подавления с внутренних шумов спектрографа достигает- л ся высокая чувствительность измерения лучевых скоростей, недоступная пока другим

1 методам. Однако при этом стараются использовать немвгниточувствительнне спек-, C) тральные линии для того, чтобы избежать погрешностей, вносимых расщеплением и поляризацией последних в магнитном поле.

Подавляющее большинство спектральных линий солнечного спектра являются магниточувствительными (т.е. подвержены зффекту Зеемана}, Из нескольких десятков тысяч набирается всего около сотни линий, не расщепляющихся в магнитном поле. Поэтому

1775040

15

55 не всегда в нужном участке спектра можно подобрать немагнитную линию, удовлетворяющую наблюдателя (отсутствие бленд, симметричный контур, нужная глубина образования и т,д.). Если этим способом измерять дифференциальную скорость по магниточувствительной линии, то измерения будут подвержены влиянию магнитного поля, так как форма и поляризация результирующего контура такой линии вследствие расщепления сильно зависит от величины и направления магнитного поля. В итоге вынуждены ограничиться в измерениях дифференциальной лучевой скорости использованием немагнитных спектральных линий, что сужает возможности метода, Кроме того, отсутствие данных о магнитном поле снижает информационную ценность измерений дифференциальной лучевой скорости.

Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей метода.

Цель достигается тем, что по способу измерения дифференциальной лучевой скорости, основанному на поляризационном раздвоении изображения, модуляции пространственного положения спектральных компонент и фотоэлектрической регистрации колебаний интенсивности, дополнительно осуществляют низкочастотную модуляцию циркулярной поляризации солнечного света, При этом в крыле магниточувствительной спектральной линии дополнительно регистрируют фазомодулированную составляющую сигнала, по которой судят о величине и знаке средней напря>кенности магнитного поля, регистрируют составляющую с постоянной фазой, по которой судят о дифференциальной лучевой скорости.

Цель достигается также чем, что в устройство, содержащее поляризационную призму, модулятор пространственного положения спектральных компонент, спектрограф, последовательно соединенные фотоэлектрический фотометр, синхронный детектор сигнала дифференциальной скорости, задающий генератор, соединенный с модулятором, введены электрооптический модулятор циркулярной поляризации солнечного излучения, оптически связанный с поляризационной призмой и ориентированный так, что.его индуцированные оси составляют угол 45 с направлением раздвоения лучей в поляризационной призме, дополнительный синхронный детектор, переключатель фазы опорного. сигнала и делитель частоты, при этом делитель низкой частоты соединен с входом электрооптического модулятора циркулярной поляризации и с управляющим входом переключателя фазы опорного сигнала, входы которого соединены с противофазными выходами задающего генератора, а выход — с управляющим входом дополнительного синхронного детектора.

Способ осуществляют следующим образом. Вследствие эффекта Зеемана в солнечном свете могут присутствовать лучи в левой и правой круговой поляризацией. С помощью модулятора циркулярной поляризации поляризованные по кругу о- и о - компоненты зеемановского расщепления спектральной линии превращают в ортогональные линейно-поляризованные таким образом, чтобы их поляризация совпала с направлением поляризации раздвоенных изображений. Частоту модуляции циркулярной поляризации Q выбирают из условия — < (Q < < и, где в — частота модуля1

t ции пространственного положения спектральных компонент; г — постоянная интегрирования сигнала.. При одной фазе модулирующего напряжения частоты Q от элемента А через входную щель спектрографа проходят лучи ст -компоненты, а от элемента  — o -компоненты. При другой фазеотэлементаАпроходятлучи а -компоненты, соответственно от элемента В— лучи o -компоненты. При этом регистри+ руют в крыле магниточувствительной линии колебания интенсивности на частоте в, В общем случае (наличие поля и дифференциальной скорости) сигнал на частоте и содержит две составляющие; S> и S, где Sv— сигнал дифференциальной скорости, его фаза не зависит от Яи связана со знаком дифференциальной скорости; S — сигнал, фаза которого периодически с частотой Q меняется на противоположную, а амплитуда пропорциональна величине средней напряженности магнитного поля в элементахАи В.

При отсутствии магнитного поля, т.е. при HA = Нв = О, модулятор циркулярной поляризации не оказывает никакого влияния на световой пучок, так как в этом случае он полностью неполяризован, и фазомодулирующая составляющая в сигнале отсутствует. Как в этом, так и во всех других случаях сигнал дифференциальной лучевой скорости образуется тем же путем, что и в прототипе. Регистрацию S> осуществляют, выделяя фазомодулирующую составляю1775040 щую сигнала на частоте в, по знаку и амплитуде которой судят о направлении и величине средней напряженности магнитного поля.

Регистрацию сигнала S> осуществляют. выделяя составляющую сигнала ж с постоянной (не зависящей от Q) фазой. Если бы модуляция. циркулярной поляризации отсутствовала, то отличить две составляющие было бы невозможно, поскольку они были бы либо в фазе, либо в противофазе в зависимости от направления поля и знака дифференциальной скорости, Расщепление спектральной линии и ее поляризация влияли бы на измерения дифференциальной скорости через искажение суммарного контура. В нашем случае мы имеем дело с отдельными о-компонентами, контуры которых не искажены, а поляризация преобразуется направленным образом.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ, где 1 — электрооптический модулятор циркулярной поляризации, 2 — поляризационная призма, 3 — входная щель спектрографа, 4— электрооптический модулятор пространственного положения спектральных компонент, 5 — дифракционный спектрограф, 6— фотоэлектрический фотометр. 7 — синхронный детектор сигнала дифференциальной лучевой скорости, 8 — синхронный детектор сигнала магнитного поля, 9 — задающий генератор частоты, 10 — делитель частоты, 11 — переключатель фазы опорного сигнала, Электрооптический модулятор 1 циркулярной поляризации представляет собой фазовый модулятор, выполненный на основе ДКДР, кристалла Z-среза, ориентированный так, чтобы индуцированные оси составляли угол 45 с направлением поляризации лучей в призме 2, Поляризационная призма 2 дополнена четвертьволновой фазовой пластиной, превращающей линейную поляризацию выходящих лучей в круговую, Электрооптический модулятор 4 пространственного положения спектральных компонент электрически связан с задающим генератором 9 частоты о>, а модулятор 1 поляризации соединен с делителем 10 частоты и управляется частотой

Ш

Q= —, где n — коэффициент деления, При и выборе частот и и Q исходят из следующих практических требований:для того, чтобы избежать влияния высокочастотных составляющих атмосферных нестабильностей, частота а выбирается в интервале 1 — 3 кГц, обычно n 10. Форма управляющих

25 сигналов прямоугольная, вида "меандр".

Амплитуда должна быть достаточной для создания знакопеременного четвертьволнового фазового сдвига. Для ДКДР эта величина составляет + 1800 В. В качестве делителя 10 частоты можно использовать любое пересчетное устройство, дополнив его высоковольтным выходным каскадом.

Устройство работает следующим образом, При подаче управляющего сигнала частоты в на модулятор 4 пространственного положения и частоты Q на модулятор 1 циркулярной поляризации при условии, что дифференциальная скорость в элементах А.

В не равна нулю, на выходе фотометра 6 появляется сигнал на частоте в, Его фаза определяется знаком дифференциальной скорости и не зависит от работы модулятора

1, Сигнал дифференциальной скорости S< накапливается и выделяется с помощью синхродетектора 7, на управляющие входы которого подается от генератора 9 опорный сигнал неизменной фазы. Этот же самый сигнал на синхродетекторе 8 дает нулевой

1 вклад эа период, так как через половину периода опорный сигнал на синхродетекторе 8 меняет фазу на обратную при помощи

30 переключателя 11 фазы, При наличии в элементах А, В магнитного поля в одну фазу напряжения на модуляторе 1 через входную щель спектрографа проходят о -компо35 нента от элемента А и ст -компонента от элемента В. В другую фазу картина меняется на обратную. Это приводит к тому, что поляризация спектральных компонент на входе спектрографа меняется на ортогональную, а следовательно, фаза сигнала на частоте ж меняется на 180 в такт с работой модулятора 1,.Этот сигнал, называемый фазомодулироваíHûм, на синхродетекторе 7

1 дает нулевой вклад за период, и напро45 тив, копится синхродетектором 8, опорный сигнал которого меняет фазу в такт с входным сигналом.

Таким образом, за счет привлечения магниточувствительных линий к измерениям дифференциальной скорости увеличивается диапазон возможностей метода.

Кроме того, с использованием настоящего предложения удается одновременно измерить дифференциальную лучевую скорость и напряженность магнитного поля.

Поскольку при этом используется только одна спектральная линия и только один фотометр, то в измерениях отсутствуют погрешности, связанные с различием конту1775040

Составитель Н.Кобанов

Техред M.Moðãåíòàë Корректор Т .Палий.

Редактор

Заказ 3948 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, t01 ров спектральных линий и разной чувствительностью фотометров.

Формула изобретения

1. Способ исследования атмосферы

Солнца, включающий поляризационное раздвоение изображения Солнца, модуляцию пространственного положения спектральных линий, фотоэлектрическую регистрацию колебаний интенсивности в крыле спектральной линии, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможнОстей метода, дополнительно осуществляют низкочастотную модуляцию циркулярной поляризации излучения Солнца, при этом в крыше магниточувствительной спектральной линии регистрируют фазовомодулированную составляющую сигнала, по которой судят о величине и знаке средней напряженности магнитного поля атмосферы Солнца, регистрируют составляющую с постоянной фазой, по которой судят о дифференциальной лучевой скорости.;

2, Устройство для исследования атмосферы Солнца, содержащее поляризационную призму, модулятор пространственного положения спектральных компонент, спектрограф, последовательно соединенные фотоэлектрический фотометр, синхронный детектор сигнала дифференциальной скорости и задающий генератор, соединен5 ныйсмодулятором,отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей, оно дополнительно содержит электрооптический модулятор циркуляр10 ной поляризации излучения Солнца, оптически связанный с поляризационной призмой и ориентированный так, что его индуцированные оси составляют 45 с направлением раздвоения лучей в поляриза15 ционной призме, дополнительный .синхронный детектор, переключатель фазы опорного сигнала и делитель частоты, при этом выход делителя частоты соединен с входом электрооптического модулятора

20 циркулярной поляризации и с управляющим входом переключателя фазы опорного сигнала, входы которого соединены с противофазными выходами задающего генератора, а выход — с управляющим входом

25 дополнительного синхронного детектора. при этом выход задающего генератора соединен с входом делителя частоты.

Способ исследования атмосферы солнца и устройство для его осуществления Способ исследования атмосферы солнца и устройство для его осуществления Способ исследования атмосферы солнца и устройство для его осуществления Способ исследования атмосферы солнца и устройство для его осуществления 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано в экспериментах по обнаружению эфирного ветра или доказательств а независимости скорости света от движения источника и приемника света

Изобретение относится к области измерений, в частности к измерению скорости света в движущейся прозрачной среде

Изобретение относится к области астрофизических измерений и предназначено для исследования волновых движений в атмосфере Солнца при помощи ССD-линеек и матриц в безмодуляционном режиме

Изобретение относится к области определения скорости распространения взаимодействия фотонов, в частности, при однофотонной интерференции

Изобретение относится к области физики, а именно к измерительным приборам

Изобретение относится к области измерения скорости распространения светового излучения и может быть использовано для более точной оценки влияния параметров движения Земли на скорость распространения света

Изобретение относится к технике сверхвысокочастотного (СВЧ) и инфракрасного (ИК) диапазонов, в частности миллиметрового и субмиллиметрового, а именно к способам измерения длины волны в этих диапазонах
Наверх