Реферат
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЛАКОВ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО
ЛАЗЕРНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ 7
1.1 Поляризационное лазерное зондирование атмосферы 7
1.2 Поляризационный лидар 9
1.3 Программное обеспечение для моделирования трансформации поляризационных и
энергетических характеристик излучения 11
2 ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ИЗЛУЧЕНИЯ 14
2.1 Методы описания состояния поляризации излучения 14
2.1.1 Сфера Пуанкаре 14
2.1.2 Вектор Джонса 15
2.1.3 Вектор Стокса 16
2.2 Матрицы Джонса и Мюллера оптических элементов 17
2.3 Ослабление излучения за счет поглощения в среде 23
2.4 Метод трассировки излучения 24
2.4.1 Алгоритм эйконала 24
2.4.2 Алгоритм «бросания лучей» 25
2.4.3 Алгоритм быстрой трассировки отраженных лучей 26
2.4.4 Алгоритмы прямой и обратной трассировки 27
2.4.5 Алгоритм Федера 28
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРАНСФОРМАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И
ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОРОДНОГО ПУЧКА В ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ 31
3.1 Алгоритм работы программы 31
3.2 Интерфейс программы моделирования однородного пучка 33
3.3 Верификация программы 34
3.4 Анализ трансформации энергетических и поляризационных характеристик
излучения в оптическом тракте поляризационного лидара 37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 43
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Облака состоят из капель воды или ледяных кристаллов и покрывают обширную часть Земной поверхности, оказывая существенное влияние на распространение излучения в атмосфере и климатообразование планеты. Отличительные особенности различных типов облаков в их микроструктуре приводят к тому, что каждый тип облака по-своему влияет на радиационный баланс и климат планеты.
Исследование оптических и микрофизических свойств атмосферы активно производится с помощью поляризационного лазерного зондирования. Суть этого метода заключается в анализе трансформации состояния поляризации и энергии излучения в зондируемой среде. Поляризационное лазерное зондирование осуществляется при помощи поляризационных лидаров. Отличительной особенностью таких лидаров является наличие в них узлов трансформации состояния поляризации рассеянного и лазерного излучения.
В случае зондирования оптически плотных аэрозольных образований обратно рассеянное излучение имеет неоднородное распределение энергетических и поляризационных характеристик по сечению пучка во входном зрачке приемной системы лидара. Существуют работы [1-3], в которых показано, что неоднородное распределение интенсивности несет информацию о зондируемой среде.
В экспериментах лазерного зондирования рассматривается трансформация характеристик излучения, происходящая в атмосфере, но изменение характеристик излучения, возможно, происходит и на оптических элементах, составляющих поляризационный лидар. Поэтому для корректного проведения поляризационных экспериментов необходимо учитывать это влияние.
Таким образом, целью работы является оценка влияния оптических элементов поляризационного лидара на регистрируемое излучение.
Ранее разработанный алгоритм моделирования трансформации поляризационных и энергетических характеристик излучения был модернизирован таким образом, что стали возможными моделирование оптической системы, включающей в себя поляризационные оптические элементы, а также учет ослабление излучения вследствие поглощения по закону Бугера.
Численное моделирование распространения излучения в телескопе Кеплера с поляризационными элементами на основе разработанного алгоритма показало, что:
1. Коэффициент пропускания линз увеличивается с удалением от центра к периферии линзы.
2. В преломляющих элементах наблюдается выраженное изменение интенсивности излучения, однако состояние поляризации излучения не изменяется.
3. Трансформация энергетических и поляризационных характеристик излучения происходит симметрично относительно оптической оси системы.
4. При прохождении оптической системы полностью поляризованного излучения через оптические поляризационные элементы его степень поляризации не изменялась. При взаимной перпендикулярности плоскости колебаний вектора напряженности электрического поля и плоскости свободного пропускания поляризатора излучение, распространяющееся через поляризатор, не пропускается.
