СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
METHOD OF DETERMINING DEVIATION OF INCLINATION ANGLE OF POLARISATION PLANE OF OPTICAL RADIATION

Изобретение относится к области оптической локации объектов и касается измерений изменений параметров поляризации оптического излучения при прохождении оптически активного вещества.
Известен способ измерения изменений азимута плоскости поляризации оптического излучения (см., например, С.В.Голубев, В.П.Дунец, Ю.Л.Козирацкий, А.Ю.Козирацкий, П.Е.Кулешов. Способ измерения изменений азимута плоскости поляризации оптического излучения. Патент на изобретение RU №2276348 C1, G01N 21/21, G01J 4/04. Опубл. 10.05.06. Бюл. №13, РОСПАТЕНТ 2006), основанный на делении монохроматического линейно-поляризованного оптического излучения на два потока и их гомодинном приеме, пропускании первого потока через измерительную кювету в отсутствие оптически активного вещества, выделении переменной составляющей фототока и запоминании значения ее амплитуды, помещении в измерительную кювету оптически активного вещества, повторном измерении переменной составляющей фототока и определении значения изменения угла наклона плоскости поляризации оптического излучения по отношению амплитуд переменных составляющих фототока. Недостатком способа является ограничение на использование в лазерных локационных средствах, а именно невозможность определить влияние оптически активного вещества на поляризационные характеристики принимаемого ретроотраженного от объекта сигнала.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является получение возможности определения отклонения угла наклона плоскости поляризации оптического излучения оптически активным веществом, находящимся на пути распространения локационного сигнала.
Технический результат достигается тем, что в известном способе определения отклонения угла наклона плоскости поляризации оптического излучения, заключающемся в делении монохроматического линейно-поляризованного оптического излучения на два потока и их гомодинном приеме, пропускании первого потока через измерительную кювету в отсутствие оптически активного вещества, выделении переменной составляющей фототока и запоминании значения ее амплитуды, помещении в измерительную кювету оптически активного вещества, повторном измерении переменной составляющей фототока и определении значения изменения угла наклона плоскости поляризации оптического излучении по отношению амплитуд переменных составляющих фототока, дополнительно пропускают первый поток через измерительную кювету в обратном направлении.
В ряде задач оптической локации необходимо оценить параметры отраженного от объекта излучения с учетом имеющихся в его составе поляризационных элементов или возникающих на трассе распространения веществ, изменяющих поляризацию. Как правило, в этом случае локационное излучение претерпевает двойное изменение поляризационных свойств при распространении средство локации-объект-средство локации. Сущность изобретения заключается в том, что оптический сигнал пропускают дважды в прямом и обратом направлении через оптически активное вещество. Тем самым изменение оптически активным веществом поляризационных параметров локационного сигнала производится дважды. Для этого излучение монохроматического источника оптического излучения делится на два потока, которые регистрируются гомодинным методом (см., например, Ю.В.Байбородин, Л.З.Криксунов, О.Н.Литвиненко. Справочник по лазерной технике. - Киев: Технiка, 1978, стр.259). На пути одного из потоков помещается оптически активное вещество, через которое излучение проходит в прямом и обратном направлениях. При этом определение значений изменений поляризационного состояния оптического излучения осуществляется по выходному сигналу гомодинного приемника.
В основе гомодинного детектирования оптических излучений лежит явление интерференции двух волн на чувствительной площадке фотодетектора при условии их частотно-фазового согласования (см., например, Ю.В.Байбородин, Л.З.Криксунов, О.Н.Литвиненко. Справочник по лазерной технике. - Киев: Технiка, 1978, стр.259). Взаимодействием суммарного поля с материалом чувствительной площадки гомодинного фотодетектора является выходной ток, который можно проставить в виде (см., например, В.В.Протопопов, Н.Д.Устинов. Лазерное гетеродирование. - М.: Наука, 1985, стр.5):
<mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>c</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>c</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>+</mo><mn>2</mn><msqrt><mrow><msub><mi>i</mi><mrow><mi>c</mi><mn>1</mn></mrow></msub><msub><mi>i</mi><mrow><mi>c</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow></msqrt><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mover accent="true"><mi>e</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>c</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mo>|</mo></mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mover accent="true"><mi>e</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>c</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow><mo>|</mo></mrow><mi>cos</mi><msub><mi>α</mi><mi>П</mi></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
c1
с2
П
<mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mover accent="true"><mi>e</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>c</mi><mn>1</mn></mrow></msub></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow>
<mrow><mrow><mo>|</mo><mrow><msub><mover accent="true"><mi>e</mi><mo>→</mo></mover><mrow><mi>c</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow><mo>|</mo></mrow></mrow>
где i, i - постоянные составляющие фототока, вызванные действием полей оптических излучений;
,
- модули единичных векторов поляризации оптических излучений; α - угол между векторами поляризации смешиваемых оптических излучений.
Два первых слагаемых (1) представляют собой не зависящие от времени постоянные составляющие фототока, вызванные полями смешиваемых излучений. Третье зависит от поляризационной согласованности смешиваемых полей.
П
Из выражения (1) видно, что степень поляризационной согласованности смешиваемых излучений может быть определена полезной составляющей фототока, содержащей множитель cosα.
П1
П2
Помещение на пути одного из смешиваемых потоков при двойном прохождении оптически активного вещества вызовет поворот плоскости поляризации излучения на угол (α+α) и приведет к изменению значения амплитуды переменной составляющей.
Для определения отклонений угла плоскости поляризации оптического излучения при прохождении через оптически активное вещество в прямом и обратном направлениях выходной ток гомодинного приемника представим в виде
<mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>c</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>i</mi><mrow><mi>c</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>+</mo><mn>2</mn><msqrt><mrow><msub><mi>i</mi><mrow><mi>c</mi><mn>1</mn></mrow></msub><msub><mi>i</mi><mrow><mi>c</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow></msqrt><mi>cos</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>α</mi><mrow><mi>П</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>α</mi><mrow><mi>П</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>=</mo><msub><mi>i</mi><mi>c</mi></msub><mo>+</mo><msub><mi>i</mi><mi>П</mi></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>i</mi><mi>П</mi></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><msqrt><mrow><msub><mi>i</mi><mrow><mi>c</mi><mn>1</mn></mrow></msub><msub><mi>i</mi><mrow><mi>c</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow></msqrt><mi>cos</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>α</mi><mrow><mi>П</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>α</mi><mrow><mi>П</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>;</mo></mrow>
c
c1
c2
П1
П2
где
i=i+i; α - угол изменения ориентации угла плоскости поляризации оптически активным веществом при прохождении оптического излучения в прямом направлении; α - угол изменения ориентации угла плоскости поляризации оптически активным веществом при прохождении оптического излучения в обратном направлении.
Отношение величин амплитуд переменных составляющих при участии оптически активного вещества и без него позволяет получить значение отклонения угла плоскости поляризации
<mrow><msub><mtext>a</mtext><mtext>П</mtext></msub><mo>=</mo><msub><mrow><mtext>arccos(i</mtext></mrow><mrow><mtext>П1</mtext></mrow></msub><msub><mrow><mtext>/i</mtext></mrow><mrow><mtext>П2</mtext></mrow></msub><mtext>)</mtext><mtext>,</mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext>   (3)</mtext></mrow>
<mrow><msub><mi>i</mi><mrow><mi>П</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><msqrt><mrow><msub><mi>i</mi><mrow><mi>c</mi><mn>1</mn></mrow></msub><msub><mi>i</mi><mrow><mi>c</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow></msqrt><mi>cos</mi><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>α</mi><mrow><mi>П</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>+</mo><msub><mi>α</mi><mrow><mi>П</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>i</mi><mrow><mi>П</mi><mn>2</mn></mrow></msub><mo>=</mo><mn>2</mn><msqrt><mrow><msub><mi>i</mi><mrow><mi>c</mi><mn>1</mn></mrow></msub><msub><mi>i</mi><mrow><mi>c</mi><mn>2</mn></mrow></msub></mrow></msqrt></mrow>
где
и
.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить отклонения угла наклона плоскости поляризации оптического излучения оптически активным веществом при распространении локационного сигнала и тем самым устраняет недостатки прототипа.
На фигуре представлена блок-схема устройства, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ. Блок-схема устройства: источник монохроматического линейно-поляризованного оптического излучения 1, измерительная кювета 2, отражающие зеркала 3, смесительная пластина 4, фотодетектор 5, пороговое устройство 6, запоминающее устройство значения амплитуды переменной составляющей 7, блок определения Δα 8, поляризационный фильтр 9.
П
Оптическое линейно-поляризованное излучение от источника 1 делится смесительной пластиной 4 на два равных поляризации потока. Первый поток направляется зеркалом 3 и смесительной пластиной 4 в направлении измерительной кюветы 2. Пройдя измерительную кювету 2 первый поток отражается зеркалом 3, и в обратом направлении также проходит измерительную кювету 2. Далее первый поток с помощью смесительной пластины 4 смешивается со вторым потоком. Смешанный поток детектируется фотодетектором 5. Пороговым устройством 6 выделяется переменная составляющая фототока. Значение амплитуды переменной составляющей фиксируется запоминающим устройством 7. В измерительную кювету помещается оптически активное вещество и повторно производится измерение переменной составляющей фототока. Угол отклонения плоскости поляризации определяется блоком определения α 8 как отношение амплитуд переменных составляющих в отсутствие и при наличии в измерительной кювете 2 оптически активного вещества. Поляризационный фильтр 9 исключает побочное поляризационные влияние на значения результатов измерений, пропуская только излучение, имеющее угол наклона плоскости поляризации совпадающим с углом наклона плоскости поляризации излучения источника 1.
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ определения отклонения угла наклона плоскости поляризации оптического излучения, основанный на делении монохроматического линейно-поляризованного оптического излучения на два потока и их гомодинном приеме, пропускании первого потока через измерительную кювету в отсутствие оптически активного вещества, выделении переменной составляющей фототока и запоминании значения ее амплитуды, помещении в измерительную кювету оптически активного вещества, повторном измерении переменной составляющей фототока и определении значения изменения угла наклона плоскости поляризации оптического излучения по отношению амплитуд переменных составляющих фототока, дополнительном пропускании первого потока через измерительную кювету в обратном направлении.
Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые оптические и радиотехнические узлы и устройства.