RU126851U1 - POLARIZATION LIDAR FOR ATMOSPHERIC PROBING - Google Patents
POLARIZATION LIDAR FOR ATMOSPHERIC PROBING Download PDFInfo
- Publication number
- RU126851U1 RU126851U1 RU2012146700/28U RU2012146700U RU126851U1 RU 126851 U1 RU126851 U1 RU 126851U1 RU 2012146700/28 U RU2012146700/28 U RU 2012146700/28U RU 2012146700 U RU2012146700 U RU 2012146700U RU 126851 U1 RU126851 U1 RU 126851U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase plate
- polarization
- polarizing
- atmosphere
- radiation
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Поляризационный лидар для зондирования атмосферы, включающий источник линейно-поляризованного излучения, приемный телескоп с расположенными на оптической оси четвертьволновой фазовой пластинкой с возможностью вращения ею осью наибольшего пропускания, поляризационный расщепитель анализатор и два фотодетектора с блоком регистрации, отличающийся тем, что на выходе источника поляризационного излучения установлена четвертьволновая фазовая пластинка с возможностью синхронного вращения с фазовой пластинкой телескопа.A polarizing lidar for sensing the atmosphere, including a linearly polarized radiation source, a receiving telescope with a quarter-wave phase plate located on the optical axis with the possibility of rotation of the axis of greatest transmission, a polarizing splitter analyzer and two photodetectors with a recording unit, characterized in that the output of the polarizing radiation source a quarter-wave phase plate with the possibility of synchronous rotation with the phase plate of the telescope is installed.
Description
Полезная модель относится к области метеорологии и атмосферной оптики, применяется для измерения оптических и микрофизических параметров атмосферы и может быть использована для контроля уровня загрязнения атмосферы, распознавания кристаллических и градоопасных облаков.The utility model relates to the field of meteorology and atmospheric optics, is used to measure the optical and microphysical parameters of the atmosphere and can be used to control the level of air pollution, recognition of crystalline and hail clouds.
Известны оптические поляризационные устройства для зондирования атмосферы, состоящие из источника линейно-поляризованного излучения, фотоэлектрических приемников, блока регистрации и оптической системы, содержащей поляризационные фильтры, делящие рассеянное в обратном направлении излучение на два взаимно ортогональных компонента, один из которых параллелен плоскости поляризации излучаемого светового потока [1,2].Known optical polarization devices for sensing the atmosphere, consisting of a linearly polarized radiation source, photoelectric detectors, a recording unit and an optical system containing polarizing filters dividing the backscattered radiation into two mutually orthogonal components, one of which is parallel to the plane of polarization of the emitted light flux [1,2].
В этих устройствах на среду направляют пучок плоскополяризованного 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.In these devices, a plane-polarized light beam is directed to the medium and the degree of depolarization is measured, which is a criterion for the boundaries of the multiple light scattering region. Two telescopes with photodetectors, in front of which polarizing filters are installed, are used as radiation detectors.
Недостатком подобных устройств является необходимость использования двух приемных телескопов, что усложняет конструкцию локатора и вызывает трудность точнойThe disadvantage of such devices is the need to use two receiving telescopes, which complicates the design of the locator and makes it difficult to accurately
совместной настройки телескопов на один 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.joint adjustment of telescopes to one scattering volume. In addition, the presence of only polarization filters in the receiving path allows one to determine only the degree of depolarization without receiving information about the state of the polarization form of the reflected wave.
Известно также оптическое поляризационное устройство, состоящее из источника линейно-поляризованного света, одного приемного телескопа с поляризационным расщепителем (призма Волластона) и двумя фотодетекторами.An optical polarizing device is also known, consisting of a linearly polarized light source, one receiving telescope with a polarizing splitter (Wollaston prism) and two photodetectors.
В этом устройстве призма Волластона ориентирована так, что на ее выходе один из компонентов эхо-сигнала параллелен плоскости поляризации излучаемого светового потока, а второй ей ортогонален [3].In this device, the Wollaston prism is oriented so that at its output one of the components of the echo signal is parallel to the plane of polarization of the emitted light flux, and the second is orthogonal to it [3].
Недостатком устройства являются трудности выделения в метеообразованиях областей, состоящих из частиц несферической формы и индикации их преимущественной пространственной ориентации. Это связано с тем, что зондирующее излучение и поляризационный расщепитель имеют строго фиксированную в пространстве ориентацию плоскостей поляризации, что не позволяет фиксировать наблюдаемое в эксперименте из-за наличия несферичности частиц вращения плоскости поляризации.The disadvantage of this device is the difficulty of highlighting in meteorological regions, consisting of particles of non-spherical shape and an indication of their preferred spatial orientation. This is due to the fact that the probe radiation and the polarization splitter have a strictly fixed spatial orientation of the polarization planes, which does not allow us to fix the experimentally observed observation due to the non-sphericity of particles of rotation of the polarization plane.
Ближайшее техническое решение к полезной модели - поляризационный лидар для зондирования атмосферы, включающий источник поляризационного излучения, приемный телескоп с расположенными на оптической оси четвертьволновой фазовой пластинкой, с возможностью вращения ею осью наибольшего пропускания, поляризационный расщепитель-анализатор и два фото детектора с блоком регистрации [4].The closest technical solution to the utility model is a polarization lidar for sensing the atmosphere, including a polarization radiation source, a receiving telescope with a quarter-wave phase plate located on the optical axis, with the possibility of rotation of the axis of greatest transmission, a polarization splitter analyzer and two photo detectors with a recording unit [4 ].
Основным недостатком этого устройства является трудности определения наличия зеркально отражающих частиц при измерении степени деполяризации в рассеивающем объеме атмосферы. Это связано с тем, что при использовании исходной линейной поляризации лазера, измеряемая степень деполяризации существенно зависит от ориентации плоскости референции лидара по отношению к направлению ориентации частиц.The main disadvantage of this device is the difficulty in determining the presence of specularly reflecting particles when measuring the degree of depolarization in the scattering volume of the atmosphere. This is due to the fact that when using the initial linear laser polarization, the measured degree of depolarization substantially depends on the orientation of the lidar reference plane with respect to the direction of particle orientation.
Цель полезной модели - обнаружение зеркально отражающих слоев в атмосфере, образованных частицами, преимущественно ориентированными в горизонтальной плоскости.The purpose of the utility model is the detection of specularly reflecting layers in the atmosphere formed by particles mainly oriented in the horizontal plane.
Поставленная цель достигается тем, что на выходе источника линейно-поляризованного излучения установлена аналогичная четвертьволновая фазовая пластинка с возможностью синхронного вращения с фазовой пластинкой приемного телескопа. Это позволяет получать на выходе источника излучения круговую поляризацию, что является необходимым условием для обнаружения областей атмосферы с преимущественной ориентацией частиц в горизонтальной плоскости.This goal is achieved by the fact that at the output of the linearly polarized radiation source a similar quarter-wave phase plate is installed with the possibility of synchronous rotation with the phase plate of the receiving telescope. This makes it possible to obtain circular polarization at the output of the radiation source, which is a necessary condition for detecting atmospheric regions with a predominant orientation of particles in the horizontal plane.
На фиг.1 схематично изображена блок-схема поляризационного лидара для зондирования атмосферы.Figure 1 schematically shows a block diagram of a polarization lidar for sensing the atmosphere.
Лидар содержит источник 1 линейно поляризованного излучения (лазер), на выходе которого размещена четвертьволновая кварцевая пластинка 2 с возможностью установки быстрой оси фазовой пластинки под углом 0 или ±450 к плоскости референции. Это позволяет формировать световой пучок с линейной или круговой поляризацией излучения.The lidar contains a
Рядом с передатчиком расположен приемный оптический телескоп 3 с углом поля зрения, охватывающим весь световой пучок, направляемый источником в атмосферу. На выходе оптического телескопа также установлена четвертьволновая кварцевая фазовая пластинка 4, с возможностью синхронного вращения с фазовой пластинкой передатчика излучения. После фазовой пластинки 4 на оптической оси расположен оптический расщепитель-анализатор 5 (призма Волластона), который разделяет световой пучок на два компонента с ортогональной поляризацией (параллельный и перпендикулярный). На выходе анализатора 5 на пути расщепленных лучей установлены фотодетекторы 6 и 7, преобразующие световые сигналы в электрические, которые оцифровываются в блоке регистрации 8 и обрабатываются.Next to the transmitter is a receiving
Поляризационный лидар работает следующим образом.Polarization lidar works as follows.
Быстрая ось λ/4 пластинок может устанавливаться под углом 0 или ±45° к плоскости референции. Векторы Стокса лазерного излучения единичной интенсивности в этом случае записываются как вектор-столбец для радиации, линейно поляризованной в плоскости референции, и для правоциркулярной поляризации. Принимаемые сигналы имеют две компоненты: параллельную Ip и ортогональную I⊥. Направление поворота пластинок выбрано так, что в случае зеркального отражения и линейная и круговая исходная поляризация дают компоненту с максимальной интенсивностью на том же детекторе (Ip>I⊥). Поворачивая одновременно пластинки перед источником и приемником, мы можем измерять либо второй (Q) либо четвертый (V) вектора Стокса обратно рассеянного излучения.The fast axis λ / 4 of the plates can be set at an angle of 0 or ± 45 ° to the reference plane. The Stokes vectors of laser radiation of unit intensity in this case are written as a column vector for radiation linearly polarized in the plane of reference, and for right circular polarization. The received signals have two components: parallel I p and orthogonal I ⊥ . The direction of rotation of the plates is chosen so that in the case of specular reflection, both the linear and circular initial polarization give the component with the maximum intensity at the same detector (I p > I ⊥ ). By simultaneously turning the plates in front of the source and receiver, we can measure either the second (Q) or fourth (V) Stokes vector of the backscattered radiation.
От источника 1 излучение поступает на фазовую пластинку 2. В начальный момент времени быстрая ось фазовых пластинок 2 и 4 устанавливается под углом 0 градусов к плоскости референции. Тогда от источника излучения 1 через фазовую пластину 2 в атмосферу посылается линейно-поляризованное излучение. Рассеянное в обратном направлении излучение поступает на приемный оптический телескоп 3, собирается в узкий световой пучок, коллимируется и направляется на приемную фазовую пластинку 4, положение быстрой оси которой синфазно оси фазовой пластинки 2 передатчика. Далее световой поток поступает на поляризационный расщепитель-анализатор 5, который разделяет его на два взаимно-ортогональных компонента. Ортогональные компоненты светового потока направляются на фотодетекторы 6 и 7, которые преобразуют их в электрические сигналы одновременно регистрируются в блоке регистрации 8. В дальнейшем через измеренные интенсивности сигналов ортогональных компонент определяется второй параметр Стокса и степень деполяризации обратно рассеянного излучения.From
Во второй момент времени фазовые пластинки 2 и 4 поворачиваются под углом 450 и вновь производится посылка линейно поляризованного излучения от источника 1. В этом случае на выходе фазовой пластинки 2 формируется световой пучок с круговой поляризацией, который направляется в атмосферу. Оптический телескоп 2 собирает рассеянное в обратном направлении атмосферой излучение и направляет его через фазовую пластинку 4, расщепитель 5 на фотодетекторы 6 и 7, электрические сигналы с которых регистрируются в блоке 8.At the second moment of time, the
В этом случае в процессе измерений с использованием круговой поляризации посылаемого в атмосферу излучения измеряется четвертый параметр вектора Стокса и степень деполяризации обратно рассеянного излучения. Анализируя между собой полученные параметры двух актов зондирования атмосферы судят о наличии сферических и несферических частиц, хаотической или упорядоченной ориентации аэрозольных частиц атмосферы, наличии областей частиц с зеркальным отражением.In this case, during measurements using circular polarization of the radiation sent to the atmosphere, the fourth parameter of the Stokes vector and the degree of depolarization of the backscattered radiation are measured. Analyzing among themselves the obtained parameters of two atmospheric sounding acts, one judges the presence of spherical and nonspherical particles, chaotic or ordered orientation of atmospheric aerosol particles, and the presence of regions of particles with mirror reflection.
Литература.Literature.
1. Авторское свидетельство СССР №373602, кл. G01W 1/00, 19711. USSR Copyright Certificate No. 373602, cl.
2. Тезисы докладов IV Всесоюзного симпозиума по лазерному зондированию атмосферы. Изд. ИОА СО АН СССР, Томск, 1976, с.236.2. Abstracts of the IV All-Union Symposium on Laser Sensing of the Atmosphere. Ed. IOA SB AS USSR, Tomsk, 1976, p.236.
3. Toshiyuki Murayama, Hajime Okamoto, Naoki Kaneyasu, Hiroki Kamataki, and Kazuhiko Miura. Application of lidar depolarization measurement in the atmospheric boundary layer: Effects of dust and sea-salt particles // Journal of Geophysical Research, vol. 104, no. d24, pages 31,781-31,792, December 27, 1999.3. Toshiyuki Murayama, Hajime Okamoto, Naoki Kaneyasu, Hiroki Kamataki, and Kazuhiko Miura. Application of lidar depolarization measurement in the atmospheric boundary layer: Effects of dust and sea-salt particles // Journal of Geophysical Research, vol. 104, no. d24, pages 31,781-31,792, December 27, 1999.
4. Авторское свидетельство №731410, авторы: Балин Ю.С., Кауль Б.В., Самохвалов И.В. «Оптическое поляризационное устройство для зондирования атмосферы»4. Copyright certificate No. 731410, authors: Balin Yu.S., Kaul B.V., Samokhvalov I.V. “Optical polarization device for sensing the atmosphere”
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012146700/28U RU126851U1 (en) | 2012-11-01 | 2012-11-01 | POLARIZATION LIDAR FOR ATMOSPHERIC PROBING |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012146700/28U RU126851U1 (en) | 2012-11-01 | 2012-11-01 | POLARIZATION LIDAR FOR ATMOSPHERIC PROBING |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU126851U1 true RU126851U1 (en) | 2013-04-10 |
Family
ID=49153627
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012146700/28U RU126851U1 (en) | 2012-11-01 | 2012-11-01 | POLARIZATION LIDAR FOR ATMOSPHERIC PROBING |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU126851U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU173330U1 (en) * | 2017-05-02 | 2017-08-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | POLARIZATION LIDAR |
RU186572U1 (en) * | 2018-10-01 | 2019-01-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | TWO-WAVE POLARIZATION LIDAR |
-
2012
- 2012-11-01 RU RU2012146700/28U patent/RU126851U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU173330U1 (en) * | 2017-05-02 | 2017-08-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | POLARIZATION LIDAR |
RU186572U1 (en) * | 2018-10-01 | 2019-01-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | TWO-WAVE POLARIZATION LIDAR |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103868831B (en) | Cloud particle Spectral structure measuring method and measuring system | |
ES2628678T3 (en) | Remote measurement of shallow depths in semi-transparent media | |
EP1574832A2 (en) | Optical phase measurement of target | |
CN102620907B (en) | Method for measuring phase delay angles of optical device | |
RU126851U1 (en) | POLARIZATION LIDAR FOR ATMOSPHERIC PROBING | |
US7920262B2 (en) | Systems for measuring backscattered light using rotating mirror | |
RU186572U1 (en) | TWO-WAVE POLARIZATION LIDAR | |
RU166564U1 (en) | POLARIZATION LIDAR | |
CN211741577U (en) | Self-calibration polarized atmospheric laser radar device | |
US4171910A (en) | Retroreflectance measurement system | |
CN102636333B (en) | Device and method for measuring phase retardation and fast axis azimuth angle of wave plate in real time | |
Larichev et al. | An autocollimation null detector: development and use in dynamic goniometry | |
TW201229495A (en) | Optical measuring system with illumination provided through a viod in a collecting lens | |
RU173330U1 (en) | POLARIZATION LIDAR | |
WO2014039863A1 (en) | Monitoring incident beam position in a wafer inspection system | |
CN208847653U (en) | Real-time polarization sensitive terahertz time-domain ellipsometer | |
EP3882655A1 (en) | Multi-fiber single lens optical ice detector | |
CN110554003A (en) | device and method for measuring uniaxial crystal mineral birefringence | |
RU2813096C1 (en) | Method and lidar system for detecting oriented ice crystals in atmosphere | |
EP3608653B1 (en) | Apparatus and method for measuring particle size using backscattered light | |
Giakos et al. | Object detection and characterization by monostatic ladar Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) using polarimetric discriminants | |
RU2384835C1 (en) | Ellipsometre | |
RU2772071C1 (en) | Method for laser sounding of atmospheric crystalline formations | |
RU2790806C1 (en) | Method for polarizing laser probing of crystal clouds | |
Shi et al. | Polarization-dependent characteristics of a photon-counting laser ranging system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20191102 |