Одной из важных составляющих атмосферы являются облака. Облака играют большую роль в формировании и изменении климата. От формы и размеров частиц, из которых они состоят, зависит количество солнечной радиации, проходящей через атмосферу Земли и поступающей на земную поверхность. Для определения микроструктуры (фазового состава, формы и размеров частиц) аэрозольных образований широко используются контактные методы, но измерения этими методами носят локальный характер и имеют низкую оперативность. Метод лазерного зондирования лишен этих недостатков, что делает его более предпочтительным при исследовании микроструктуры облаков.
Суть методов лазерного зондирования атмосферы заключается в посылке излучателем короткого импульса электромагнитных волн в узком спектральном интервале с центром на длине волны X, регистрации приемной системой излучения, рассеянного средой, по мере удаления импульса в глубину исследуемой среды и последующем анализе, основанном на сравнении характеристик посылаемого и принимаемого излучения. Прибор, реализующий эту идею, получил название «лидар» - от английских слов light detection and ranging. Дальнейшее развитие лазерной техники привело к расширению круга задач, решаемых с помощью лидаров, поэтому в современной трактовке «лидар» трактуется как light identification, detection and ranging (обнаружение, идентификация и определение дальности с помощью света) [1].
Несмотря на почти полувековую историю лидаров, до сих пор не решены многие технические и методические вопросы лазерного зондирования. К числу направлений, все еще нуждающихся в существенной проработке, относится лазерное зондирование оптически плотных аэрозольных образований, таких как облака, туманы, плотные дымки и т.п. Это объясняется тем, что лидарный сигнал от таких образований обусловлен не только однократным, но и многократным рассеянием, т.е. фотоны, прежде чем попасть в приемную систему лидара, испытывают не один акт рассеяния.
В большинстве случаев многократное рассеянное излучение рассматривается как помеха, влияющая на интенсивность и поляризационные характеристики лидарного сигнала. Известно, что лидарный сигнал многократного рассеяния формируют фотоны, рассеянные в полный телесный угол, в то время как лидарный сигнал однократного рассеяния обусловлен обратным рассеянием. Это позволяет предполагать, что лидарный сигнал многократного рассеяния несет больше информации о рассеивающей среде, чем сигнал однократного рассеяния.
В настоящее время на кафедре ОЭС и ДЗ разрабатывается коаксиальный поляризационный лидар многократного рассеяния для исследования аэрозольных образований в нижней тропосфере. В передающей и приемной системе такого лидара используются системы для трансформации состояния поляризации зондирующего и регистрируемого излучения, соответственно.
Целью данной работы является исследование характеристик передающего тракта коаксиального лидара многократного рассеяния. Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
1. изучение физических основ поляризационного лазерного зондирования капельных облаков;
2. оценка влияния характеристик элементов передающего тракта на состояние поляризации зондирующего пучка;
3. макетирование и экспериментальное исследование характеристик передающего тракта.
Данная работа посвящена исследованию характеристик передающей системы коаксиального поляризационного лидара. Изучены физические основы поляризационного лазерного зондирования капельных облаков.
Была экспериментально определена матрица Мюллера для системы из двух плоских зеркал. Матрица имеет блочно-диагональный вид. Исследовано влияние зеркальной системы на состояние поляризации падающего в систему лазерного излучения. Если в систему попадет вертикально или горизонтально поляризованное излучение, то вид его состояние поляризации сохранится. Циркулярно поляризованное излучение или излучение вектор напряжённости электрического поля которое составляет 45° или 135° с вектором напряжённости лазерное излучение данная систему трансформирует в эллиптически поляризованное с преобладанием первоначального вида поляризации.
