Лекция 4
1 Распространение ои в атмосфере (а)
А - канал связи между ИИ и ОЭП.
А ослабляет ОИ из-за рассеяния и поглощения атомами, молекулами, жидкими и твердыми частицами.
Пропускание ОИ зависит от двух явлений:
поглощение молекулами газов А;
рассеяние на частицах в А – молекулах и аэрозолях.
А содержит молекулы газов (азот N2 – 78%, кислород О2 – 21%, аргон – 0,9%, неон, водород – сотые доли %, молекулы воды Н2О (водяной пар), жидкие и твердые частицы (аэрозоль) размером от сотых долей до нескольких мкм.
Водяной пар образуется водяными испарениями с поверхности Земли. Н2О составляет от 4% (на уровне моря) до 0% (на высоте 20 км).
СО2- продукт жизнедеятельности и выделений земной коры (средняя концентрация 0,033%, в городе 0,05%, в сельской местности 0,03%, над океаном 0,01%). Вследствие вертикального перемешивания данная концентрация сохраняется до высот 25-30 км.
Озон О3 образуется в верхних слоях А. На небольших высотах концентрация 10-5 %, на высотах 20-30 км – 10-3 %, на высотах >30 км – 10-6 %. Поглощает ОИ с длиной волны < 0,3 мкм.
Слабо поглощает окись азота N2О, окись углерода СО, кислород О2 , метан СН4, азот N2 и ими можно пренебречь.
С увеличением высоты уменьшается концентрация молекул газов и уменьшается поглощательная способность всех газов.
Основные виды ослабления (потерь) ои:
Молекулярное поглощение (МП) – поглощение ОИ молекулами газов атмосферы. В результате часть энергии ОИ переходит в кинетическую энергию молекул.
МП происходит в основном на 3-х атомных молекулах газов О3, Н20, СО2.
Энергия ОИ, поглощенная молекулами, преобразуется в кинетическую энергию – движения молекул.
Поглощают – молекулы с нечетным количеством атомов: озон О3, молекулы воды Н20 (водяной пар), углекислый газ СО2.
Количество водяного пара в А на расстоянии между объектом и оптической системы (длине трассы) зависит от температуры и относительной влажности А, и пересчитывается в эквивалентную толщину слоя воды.
Молекулярное рассеяние (МР) – отклонение (рассеяние) ОИ молекулами от первоначального направления.
Аэрозольное рассеяние (АР) – отклонение ОИ частицами от первоначального направления.
С увеличением высоты влажность А и поглощательная способность молекул уменьшаются.
Нижняя
граница пропускания – О3
поглощается на высоте 30 км.
Основные полосы поглощения Н2О: 2,6 мкм, 5,5-7,5 мкм и >20 мкм.
В дальней ИК основной поглотитель – СО2.
В зоне 8-13 мкм, соответствующей собственному (тепловому) излучению живых тел (300К) – поглощение слабое.
Зона прозрачности 3-5 мкм соответствует тепловому излучению сильно нагретых тел (1000К).
Окна прозрачности а 0,4-1,0; 1,2-1,3; 1,5-1,8; 2,1-2,5; 3-4,3;4,3-5; 8-13.
Рисунок 1 – Пропускание чистой (без аэрозолей) А для трассы длиной
1,852Км (1 морская миля) при
2 Прохождение оптического излучения через оптические среды
Поверхности оптических сред – полированные.
При прохождении ОИ через оптические среды часть ОИ теряется в результате частичного поглощения и отражения ОИ средой.
Показатель преломления среды
скорость
света в воздухе;
скорость
света в среде:
относительная
диэлектрическая проницаемость среды;
магнитная
проницаемость среды (в оптическом
диапазоне для всех сред
);
Оптические материалы
Различаются
по показателю преломления
и спектральному диапазону пропускания
ОИ
:
Кварц
Стекла (кроновые, флинтовые)
Германий Ge
Селенистый цинк ZnSe
Закон
преломления ОИ на границе раздела двух
сред
и
Рисунок 2 – преломление ОИ на границе раздела двух сред