Оптическая локация

Опти'ческая лока'ция , совокупность методов обнаружения, измерения координат, а также распознавания формы удалённых объектов с помощью электромагнитных волн оптического диапазона — от ультрафиолетовых до дальних инфракрасных. О. л. позволяет с высокой точностью (до нескольких десятков см ) производить картографирование земной поверхности, поверхности Луны, определять расстояние до облаков, самолётов, космических, надводных и подводных (используя зелёный участок спектра) объектов, исследовать распределение инверсионных и аэрозольных слоев в атмосфере. Практически создание оптических локаторов с большой дальностью действия, высокими точностью и разрешающей способностью стало возможным только с появлением таких мощных источников когерентного излучения, как оптические квантовые генераторы — лазеры . В О. л. используются те же принципы определения координат, что и в радиолокации : оптический локатор облучает объект с помощью передатчика и принимает отражённое от него излучение при помощи приёмника. Электрический сигнал на выходе приёмника содержит информацию о параметрах лоцируемого объекта; характеристики этого сигнала в среднем пропорциональны координатам объекта. Методы обнаружения объектов оптическим локатором и определения их угловых координат в основном такие же, как в теплопеленгации (см. Инфракрасное излучение ), а методы определения дальности такие же, как в радиолокации. Вследствие квантового характера взаимодействия лазерного излучения с детектором приёмника и когерентности лазерного излучения методы обработки сигнала в О. л. являются статистическими. Если оптический локатор определяет только расстояние до объектов, он называется электрооптическим дальномером .

  Схема и принцип действия одного из типов оптического локатора для слежения за авиационными и космическими объектами показаны на рис . Луч лазера, пройдя через коллиматор , системой зеркал направляется на объект. Отражённый от объекта луч улавливается плоским зеркалом и направляется на параболическое зеркало, с которого поступает одновременно на диссектор (или матрицу фотоприёмника) — для определения угловых координат и на фотоэлектронный умножитель (или иной детектор) — для определения дальности объекта. Электрические сигналы с диссектора подаются в следящую систему , управляющую положением передающей и приёмной оптических систем локатора.

  Основные преимущества оптических локаторов перед радиолокаторами — бо'льшая точность определения угловых координат объектов (по максимуму отражённого сигнала) и высокая разрешающая способность по дальности. Например, при использовании лазерного луча с углом расхождения, равным 10', погрешность определения угловых координат объекта составляет менее 1' (у радиолокаторов — 25—30'); при длительности светового импульса 10 нсек разрешение по дальности может достигать нескольких см . Кроме того, оптический локатор обладает высокой угловой разрешающей способностью, т. е. способностью различать 2 соседних равноудалённых объекта, которая обусловлена очень высокой направленностью излучения. Высокая разрешающая способность оптического локатора даёт возможность решать задачу распознавания формы объектов. Существенный недостаток оптических локаторов — затруднительное использование их в сложных метеорологических условиях (при дожде, тумане, снеге и т.п.) для локации объектов на далёких расстояниях.

  Лит.: Криксунов Л. 3., Усольцев И. Ф., Инфракрасные системы обнаружения, пеленгации и автоматического сопровождения движущихся объектов, М., 1968; Волохатюк В. А., Кочетков В. М., Красовский P. P., Вопросы оптической локации, М., 1971; Курикша А. А., Квантовая оптика и оптическая локация, М., 1973.

  И. Ф. Усольцев.

Схема и принцип действия оптического локатора: 1 — передатчик (лазер); 2 — коллиматор; 3, 4 — зеркала; 5 — передающая оптическая система; 6 — лоцируемый объект; 7 — приёмная оптическая система; 8 — зеркало; 9 — полупрозрачное зеркало; 10 — узкополосный оптический фильтр; 11 — диссектор; 12 — зеркало; 13 — приёмник дальномерного устройства (фотоэлектронный умножитель); 14 — устройство ручного управления; 15 — следящая система. Пунктиром показан ход лучей, отражённых от объекта.

Оптическая масса атмосферы

Опти'ческая ма'сса атмосфе'ры , отношение массы воздуха, пронизанной пучком лучей Солнца от верхней границы атмосферы до поверхности Земли (при данном зенитном расстоянии), к массе воздуха, которая была бы пронизана этим пучком лучей, если бы Солнце находилось в зените. Понятие об О. м. а. используется в метеорологии при расчётах ослабления солнечной радиации, проходящей через атмосферу.

  Лит.: Курс метеорологии (физика атмосферы), под ред. П. Н. Тверского, Л., 1951.

Оптическая накачка

Опти'ческая нака'чка , возбуждение микрочастиц (атомов, молекул и др.), составляющих вещество, с более низкого уровня энергии на более высокий уровень под действием света. См. Квантовая электроника , Квантовые стандарты частоты , Квантовый магнитометр , Лазер .

Оптическая ориентация

Опти'ческая ориента'ция парамагнитных атомов, упорядочение с помощью оптического излучения направлений магнитных моментов и связанных с ними механических моментов атомов газа (см. Атом ). Открыта А. Кастлером в 1953. Различают собственно О. о., при которой атомный газ приобретает макроскопический магнитный момент, и выстраивание, характеризующееся появлением анизотропии распределения моментов атомов при сохранении равенства нулю полного макроскопического момента газа. Собственно О. о. происходит при резонансном поглощении или рассеянии атомами поляризованного по кругу излучения (см. Поляризация света ). Фотоны такого излучения обладают моментом количества движения , равным ±

(— Планка постоянная ), и передают его атому при взаимодействии с ним. В газе парамагнитных атомов это приводит к преимущественной ориентации механических моментов электронов и, следовательно (см., например, Магнетон ), магнитных моментов атомов. Т. о., простейшее объяснение О. о. состоит в том, что она является следствием закона сохранения момента количества движения (см. Сохранения законы ) в системе фотон — атом. Выстраивание, в отличие от собственно О. о., осуществляется не поляризованным по кругу, а линейно-поляризованным или неполяризованным излучением. Поглощение ориентированным газом падающего излучения заметно меняется. О. о. регистрируют по этому эффекту, а также по возникающей при ней оптической анизотропии газа — дихроизму (см. Плеохроизм ), двойному лучепреломлению , появлению вращения плоскости поляризации проходящего света. Непосредственно О. о. осуществлена с парами щелочных и щёлочноземельных металлов, атомами инертных газов в метастабильных состояниях и некоторыми ионами. Парамагнитные атомы, особенности электронного строения которых исключают их прямую О. о., могут ориентироваться косвенно — при соударениях с другими, уже ориентированными атомами (спиновый обмен). Возможна также О. о. носителей заряда в полупроводниках. Воздействие «внутреннего» магнитного поля ориентированных электронных оболочек может приводить к ориентации магнитных моментов ядер атомов (см. Ориентированные ядра , Отрицательная температура ), которая сохраняется значительно дольше, чем электронная ориентация (как говорят, её время релаксации больше), в связи с чем этот эффект используют для создания квантовых гироскопов . Ориентированные атомы применяют для изучения слабых межатомных взаимодействий и взаимодействий электромагнитных полей с атомами. Квантовые магнитометры с О. о. (обычно электронной) позволяют регистрировать чрезвычайно малые (~10^–8 э ) изменения напряжённости магнитного поля в диапазоне от нуля до нескольких сотен э . О. о. является частным случаем оптической накачки — перевода вещества в энергетически неравновесное состояние в процессах поглощения им света.