Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами - Дейрменджан Д.
Скачать (прямая ссылка):
138
Теория рассеяния света
определить, так как, согласно уравнению (100), в формулу для интенсивности излучения, рассеянного очень тонкими слоями, не входит альбедо однократного рассеяния а-. Если а>< 1, то мнимая часть показателя преломления %^0. Величина х влияет на значение коэффициента рассеяния назад. Таким образом, ясно, что метод оптического зондирования имеет ряд ограничений в смысле возможности определения физической природы неизвестного рассеивающего слоя. Однако нельзя отрицать применимости этого метода для обнаружения самого слоя и установления размеров области, где он локализован (особенно в ночное время).
Использование двухпозиционных лазерных установок может дать дополнительную информацию о параметрах рассеяния зондируемого слоя. Для этого необходимо определенным образом изменять поляризацию испускаемого лазерного излучения. Тогда можно написать уравнение, подобное (113), но для поляризованных компонент, а затем использовать его при анализе экспериментальных данных. Однако трудности, характерные для аналогичного радиолокационного зондирования, встречаются и в данном случае (разд. 4.3.3). Конечно, если удастся сконструировать лазерные установки указанного выше типа, то они должны обеспечить наилучшие возможности для проведения атмосферного зондирования.
Другое очевидное применение лазерного излучения состоит в использовании его для целей связи. Однако в видимой области спектра мы встречаемся с такими трудностями, как потеря мощности излучаемого импульса вследствие ослабления, расходимости и потери когерентности лазерного пучка излучения при распространении сквозь атмосферу. Например, в работе [921 указано, что монохроматичность лазерного пучка будет ухудшаться из-за рассеяния на молекулах воздуха, находящихся в тепловом движении, даже если не учитывать влияние аэрозоля. Очевидно, что наличие аэрозоля будет еще сильнее ухудшать качество лазерного пучка, главным образом за счет рассеяния в области малых углов. Как известно, в данном случае сохранение когерентности и поляризации имеет решающее значение. Мы показали, что для поли-дисперсных систем, по крайней мере состоящих из сферических частиц, эти свойства сохраняются при рассеянии точно вперед. Однако в будущем, вероятно, можно будет разработать теорию распространения лазерного излучения в области малых углов, аналогичную обычной теории распространения радиоволн [931. В этом случае, как показано на рис. 25 для моделей дымок, необходимо учитывать факторы деполяризации.
Полученные результаты показывают, что, несмотря на отражение от облачных капель, лазерное излучение, вероятно, можно использовать для передачи информации (например, при тех углах рассеяния, которые соответствуют максимальной интенсивности). Такие углы наблюдаются, например, в области околосолнечного ореола, венцов, облачных радуг и глорий. Соответствующие факторы деполяризации
Глава 4. Анализ и применение полученных результатов 139
D (Р) могут быть определены при помощи уравнения (ПО) и приводимых нами таблиц. Все модели облаков приводят к деполяризации вблизи 0^-0°, т. е. в самой интенсивной и яркой части ореола. В табл. 9 приведены значения факторов деполяризации в этой и других областях для указанных моделей облаков и двух длим волн: 0,70 и 1,61 мкм. Длина волны 0,70 мкм близка к рабочей длине волны рубинового лазера, а К~ 1,61 мкм соответствует области минимального поглощения. Из табл. 9 следует, что в областях околосолнечного ореола и венцов деполяризация ничтожно мала. Поскольку соответствующая интенсивность рассеяния почти максимальна, то вполне вероятно, что лазерное излучение, распространяющееся через водяные облака, можно использовать для целей связи. С другой стороны, в области углов радуг и глорий наблюдается большая деполяризация, которая ограничивает примеиение лазерного излучения в подобных целях. Поскольку установки лазерного излучения быстро совершенствуются, в будущем можно будет выбрать такую длину волны в инфракрасной области спектра, на которой будет обеспечена наиболее эффективная передача лазерного импульса, свободная от помех и пригодная для эффективного распространения сквозь облака.
Таблица 9
Значения фактора деполяризации D (Р) для моделей водяных облаков С.1,2,3,4. (Значения углов рассеяния указаны в скобках.)
Л = 0,70 мкм X = 1,61 МКМ
Тип явления С. I С. 2 С.З С.4 С. I C.'J С.З
Ореол и венцы (6°) 0,005 (6,5°) 0,005 (13°) 0,014 (7,5°) 0,002 (10=) 0,014 (10=) 0,019 (25°) 0,011
Радуга (максимум) (145°) 0,491 (144° 0,247 (150°) 0,320 (144°) 0,185 (147",5) 0,416 (150=) 0,202 (160°) 0,104
Глория (максимум) (177=) 0,431 (176°) 0,287 (171°) 0,638 (175°) 0,254 (172°,5) 0,451 (170°) 0,312
Розенберг и Горчаков недавно опубликовали [94] результаты очень тщательно подготовленных и проведенных экспериментов по определению параметров Стокса для излучения, рассеянного малыми объемами атмосферного воздуха*). На этой основе они определили величину, которую назвали степенью однородности. Она эквивалентна обратной величине фактора деполяризации D (Р), определяемого согласно (ПО). Сравнение экспериментальных результатов, полученных в [94, рис. 71, с теоретической кривой Т.1 для модели водной дымки М (рис. 25)
