Большое влияние на состояние климата оказывают аэрозоли. Аэрозоли - это мельчайшие частицы твердого или жидкого вещества, находящиеся в воздухе или газе во взвешенном состоянии. Аэрозоли являются дисперсными системами.
Дисперсная система - это гетерогенная структура, где мельчайшие частицы одного вещества равномерно распределены в другом веществе, при этом они не смешиваются и не контактируют химически. Оптические свойства дисперсных систем, которыми являются аэрозоли, обусловлены их физическими и химическими свойствами: химическим составом, показателем преломления, фазовым состоянием, соотношением размеров частиц и длиной волны излучения. Вследствие сопоставимости размеров аэрозольных частиц с длиной волны оптического излучения его распространение сопровождается множеством явлений, из которых наиболее энергетически выражено явление упругого аэрозольного рассеяния. Поэтому большая часть работ, посвященная исследованию оптических и микрофизических свойств аэрозолей, основана именно на этом явлении [1, 2].
Состояние поляризации произвольного светового пучка принято описывать вектор-параметром Стокса, компоненты которого представляют собой линейную комбинацию квадратичных характеристик поля и могут быть непосредственно измерены в эксперименте. Применение вектор-параметрического метода позволяет существенно упрощать решение задачи описания состояния светового пучка. Изменение свойств светового пучка при распространении в среде достаточно часто описывается матрицей обратного рассеяния света рассеивающей среды или матрицей Мюллера оптического устройства [3].
Максимально измеряемую информацию о рассеивающих свойствах дисперсных систем несет матрица рассеяния света, которая описывает изменение характеристик излучения. Матрица рассеяния света является квадратной матрицей размерностью 4x4, т.е. в общем случае состоит из 16 элементов. В случае симметрии рассеивающих частиц некоторые недиагональные элементы МРС обращаются в 0, и тогда МРС принимает более простой вид. Так, матрица рассеяния света капельных облаков состоит из 4 независимых элементов, а облаков, состоящих из гексагональных столбиков и пластинок - из 6 и 8, соответственно.
Диагональные элементы матрицы рассеяния света характеризуют изменение интенсивности, а остальные - взаимосвязь отдельных компонентов излучения. Для определения элементов МРС проводятся измерения интенсивности рассеянного исследуемой средой света при 16 различных сочетаниях состояния поляризации зондирующего и рассеянного излучения.
Поляризационные приборы (ПП) характеризуются тем, что информация об исследуемом параметре содержится в параметрах состояния поляризации оптического излучения. Каждый из элементов оптического тракта ПП вносит изменение в состояние поляризации излучения. При этом наряду с преобразованием полезной информации имеют место ее искажения, которые приводят к погрешности измерений.
Цель данной работы - оценить ошибку расчета элементов матрицы обратного рассеяния света, вызванной поляризационными приборами. Для достижения поставленной цели были определенны следующие задачи:
1 изучение теоретического материала по теме работы;
2 изучение методики определения матрицы обратного рассеяния света, по данным лазерного поляризационного зондирования;
3 освоение методики экспериментального исследования состояния поляризации светового пучка;
4 написание программы для обработки экспериментальных данных;
5 сборка и юстировка экспериментальной установки, проведение экспериментов, анализ и интерпретация полученных результатов.
Работа посвящена экспериментальному исследованию приборной ошибки поляризационных измерений, обусловленной качеством изготовления и юстировки поляризационных приборов. В ходе данной работы была изучена литература по оптическим свойствам дисперсных систем; методу лазерного поляризационного зондирования; способам описания состояния поляризации световых волн; по характеристикам поляризационных приборов (вращателей плоскости поляризации на 45° и 90°, фазовой четвертьволновой пластинки и призмы Глана-Томпсона), используемым для преобразования и анализа состояния поляризации лазерного и рассеянного излучения.
Также был собран и юстирован лабораторный стенд для анализа состояния поляризации светового пучка. Была разработана программа на языке Python для обработки экспериментальных данных. Исследована эллиптичность линейно и циркулярно поляризованного лазерного излучения. Показано, что фазовая четвертьволновая пластинка вносит погрешность, обусловленную качеством изготовления и юстировкой поляризационных приборов.
