Аннотация
1 ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ 7
1.1. Классификация дисперсных систем 7
1.2 Свойства дисперсных систем 10
1.3 Методы исследования дисперсных систем 15
1.3.1 Ситовой и седиментационный анализ 16
1.3.2 Световая и электронная микроскопия 16
1.3.3 Лазерные методы исследования дисперсных сред 17
2 ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ,
ПРОШЕДШЕГО ЧЕРЕЗ ДИСПЕРСНУЮ СРЕДУ 20
2.1 Метод поляризационного лазерного зондирования 25
2.2 Вектор Стокса и матрица рассеяния света 25
2.3 Поляризационные приборы 30
2.4 Лабораторный оптический стенд для исследования многократного рассеяния
в дисперсных средах 34
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 39
3.1 Оценка коэффициента пропускания излучения прошедшее через
поворотное зеркало при разных состояниях поляризации 39
3.2 Исследование влияния разъюстировки поляриметрического
стенда 43
3.3 Моделирование свойств оптических волокон 51
3.3.1 Оптическое волокно Fg 550 uec 51
3.3.2 Оптическое волокно Ft 600 umt 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 56
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 58
Сегодня человечество все чаще сталкивается с проблемой загрязнения окружающей среды. Эта проблема чаще всего не только и с природными явлениями (извержения вулканов), но и с деятельностью человека (выбросы заводов, выхлопные газы и т.д.).
Актуальность этой проблемы обсуждается с 2003 года, в решении которой подчёркнута необходимость развития систематического междисциплинарного инструментального мониторинга климатических и эко системных изменений. В интересах оперативного контроля состояния окружающей среды развиваются новые дистанционные технологии, основанные на методах лазерного зондирования. Суть этих методов заключается в посылке лазерного излучения, регистрации приемной системой про взаимодействовавшего со средой излучения и последующем анализе, основанном на сравнении характеристик посылаемого и принимаемого излучения. Прибор, реализующий эту идею, назван лидаром. Несмотря на полувековую историю использования лидаров для диагностики атмосферного аэрозоля, включая частицы облаков и осадков, до сих пор не решены многие технические и методические вопросы лазерного зондирования. К числу направлений, все еще нуждающихся в существенной проработке, относится и лазерное зондирование оптически плотных аэрозольных образований (облака, туманы и т.п.).
Целью данной работы является учет влияния разъюстировки оптических элементов лабораторного стенда на поляризационные характеристики многократно рассеянного лазерного излучения суспензиями. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1) литературный обзор по теме работы;
2) моделирование передающей системы лабораторного стенда для исследования многократного рассеяния в дисперсных средах;
3) моделирование в программной среде ZEMAX оптического канала приемной системы лабораторного стенда;
4) исследование влияния разъюстировки элементов передающей и приемной системы стенда на поляризационные характеристики регистрируемого оптического излучения;
5) оценка ослабления пучка света в оптической системе лабораторного стенда для исследования многократного рассеяния в дисперсных средах;
6) исследование трансформации состояния поляризации лазерного излучения в оптическом тракте лабораторного стенда.
Положение, выносимое на защиту
Разъюстировка до 3° в плоскости вращения и наклона оптических элементов лабораторного стенда: поворотного зеркала, кюветы (без вещества), рассеивающей и собирающей линз, приводит к ослаблению лазерного излучения в оптическом тракте системы до 5,5%
Апробация работы
Результаты работы были представлены на международной научнопрактической конференции «Актуальные проблемы радиофизики». (Томск. 2017 г.), на международном симпозиуме «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы». (Томск. 2018 г.), на всероссийской научной конференции студентов - физиков и молодых ученых (Томск. 2018 г.), на международной научно-практической
конференции «Актуальные проблемы радиофизики». (Томск. 2018 г.), на
всероссийской конференции студенческих научно-исследовательских инкубаторов (Томск. 2019 г.), на международной научной студенческой конференции МНСК (Новосибирск 2020 г.).
Было проведено моделирование и серия экспериментальных измерений коэффициента пропускания излучения прошедшее через поворотное зеркало при разных состояниях поляризации. Показано, что практическая оценка сильно различается, от теоретической, это связано с тем, что возникали сложности при юстировке вращателей плоскости поляризации и фазовой пластинки.
Поэтому также было проведено исследование по оцениванию влияния разъюстировки оптических элементов лабораторного стенда. Было установлено, что при разъюстировке оптической системы лабораторного стенда потери лазерного излучения в плоскости вращения и наклона оптических элементов составляли до 5,5%
С целю усовершенствования лабораторного стенда и с целью уменьшения потерь лазерного излучения, было проведено моделирование свойств оптических волокон. В ходе моделирования было установлено, что оптическое волокно Fg500uec по своим характеристикам является наиболее предпочтительным для усовершенствования стенда так как вносит малые искажения в фазу прошедшего лазерного излучения.
