§ 4.1. ОСОБЛИВОСТІ ПОШИРЕННЯ радіохвиль ОПТИЧНОГО І ІНФРАЧЕРВОНОГО ДІАПАЗОНІВ

До оптичного діапазону відносяться електромагнітні коливання з довжиною хвилі 0,39-0,75 мкм, що сприймаються людським оком. До інфрачервоному діапазону відносяться хвилі довжиною 0,75-1000 мкм, що займають проміжне положення між оптичними і міліметровими хвилями. Інфрачервоний діапазон ділять на три області: ближнє інфрачервоне випромінювання-від 0,75 до 1,5 мкм, середня-від 1,5 до 5,6 мкм і далеке-від 5,6 до 1000 мкм. Межі спектрів оптичних, інфрачервоних і міліметрових хвиль взаємно перекриваються. Надалі для стислості інфрачервоні хвилі будемо називати ІК.

Оптичне випромінювання збуджується за рахунок енергії переходу в атомах і молекулах випромінює тіла. ІК випромінювання виникає в результаті коливальних і обертальних рухів атомів і молекул речовини. Оптичні і ІК хвилі можуть фокусуватися лінзами і дзеркалами, міняти свій напрямок при відображенні і ламанні, розкладатися в спектр призмами. ІК хвилі подібно радіохвилях, можуть проходити крізь деякі матеріали, непрозорі для оптичних хвиль. ІК хвилі знайшли широке застосування в різних галузях промисловості.

ІК системи, створювані для виявлення джерел випромінювання у військовій справі і промисловості, значно менше, простіше і дешевше радіолокаційних систем аналогічного призначення. Простота схем і конструкцій таких приладів пояснюється застосуванням оптики, що дає можливість конструювати прилади з більш дрібних і міцних деталей. В ІК системах відсутнє шкідливе явище бічних пелюсток діаграми спрямованості випромінювачів, властиве радіолокаційним системам. Головною перевагою багатьох ІК систем є відсутність передавача - використовується випромінювання від цілей, які або самі є джерелами ІК або відображають випромінювання природних ІК джерел. Такі системи називаються пасивними. Активні ІК системи мають потужне джерело ІК, випромінювання якого, відфільтроване в вузькій ділянці спектру, концентрується за допомогою оптичної системи і направляється у вигляді вузького пучка на ціль.

ІК системи володіють високою роздільною здатністю. Перші радянські штучні супутники Землі виявлялися і реєструвалися поряд з іншими методами по їх ІК випромінювання.

При використанні оптичного і ІК діапазонів для цілей зв'язку перевагою є можливість передачі великої кількості інформації, оскільки спектр цих діапазонів досягає 10 МГц. Системи зв'язку виявляються перешкодозахищеністю завдяки застосуванню вузькосмугових фільтрів і великий спрямованості випромінювання. Передбачається, що такі системи можуть бути використані також для космічного зв'язку і локації.

Оптичні і ІК хвилі відчувають ослаблення при проходженні атмосфери, особливо якщо вона насичена водяними парами і пилом. Подібно радіохвилях, ці хвилі рефрагіруют в неоднорідній атмосфері. Випромінюють і відображають тіла, якщо вони не є метою, створюють фон, який заважає роботі системи і виявляється як шкідливий шум.

§ 4.2. ОСЛАБЛЕННЯ ОПТИЧНИХ І ІНФРАЧЕРВОНИХ хвиль В АТМОСФЕРІ

Повний ослаблення світла в атмосфері зумовлено декількома факторами. Розрізняють ослаблення світла в атмосфері, вільній від хмар і туману, і ослаблення світла в тумані.

Перший вид ослаблення складається з розсіювання світла на молекулах газу і водяної пари і селективного поглинання. Потужність, яку несуть світлові та інфрачервоні хвилі, що пройшли в атмосфері деяку відстань r, обчислюється аналогічно потужності радіохвилі:

де Г-сумарний коефіцієнт поглинання: .

тут і коефіцієнти ослаблення за рахунок розсіювання на молекулах газу і пари; коефіцієнт селективного поглинання; коефіцієнт загасання в тумані.

Селективне поглинання в газах і водяних парах атмосфери

Молекули газів і водяної пари мають електронної, коливальної і обертальної енергіями. При випромінюванні або поглинанні кванта електромагнітних коливань певної частоти стрибком змінюються рівні цих енергій. Поглинання такого роду, що спостерігається у вузькій смузі частот, називається селективним поглинанням. Смугу частот, в якій відбувається поглинання, називають лінією поглинання.

Селективне поглинання особливо характерно для ІК діапазону. На рис. 4.1 , А і б показано розподіл поглинання енергії нормального сонячного спектра атмосферними газами, виміряний для діапазону хвиль 0,1-100 мкм у поверхні Землі і на висоті 11 км над Землею. На малюнку вказані гази, що зумовлюють поглинання на окремих ділянках спектра.

У видимій частині спектру на хвилях 0,4-0,76 мкм поглинання незначне, при довжині хвилі 0,76 мкм спостерігається поглинання в кисні. Ділянки сильного поглинання парами є поблизу хвиль довжиною 0,94; 1,10; 1,38; 1,87 мкм, в інтервалах довжин хвиль 2,6-3,3; 5,5-7,5 мкм.

Поглинає дію надають вуглекислий газ-(на хвилях 2,7; 4,3; 12-20 мкм) і озон (на хвилях 4,7 і 9,6 мкм). Слабке поглинання викликають метан, закис азоту, окис вуглецю. Основне поглинає дію надає водяна пара, оскільки його зміст набагато перевищує вміст вуглекислого газу і озону. Прозорість атмосфери для інфрачервоних променів сильно залежить від вологості атмосфери.

Вимірювання показали, що порівняно хорошою прозорістю для інфрачервоних хвиль атмосфера має на наступних діапазонах: 0,95-1,05; 1,2-1,3;

Мал. 4.1. Розподіл поглинання енергії нормального сонячного спектра атмосферними газами:

а - поглинання сонячного випромінювання, що досягає поверхні Землі;

- поглинання сонячного випромінювання, що досягає висоти II км

1,5-1,8; 2,1-2,4; 3,3-4,0; 8,0-11,0 мкм. У зазначених межах поглинанням можна знехтувати, тоді як на проміжних хвилях і хвилях довше 13 мкм відбувається практично повне поглинання.

Список літератури:
1. Є. Л. Черенкова, ... "Поширення радіохвиль" "Радио и связь" Москва 1984р.
2. Г.П. Грудінская "Поширення радіохвиль" "Вища школа" Москва 1983р.

Реферат склав слухач 3 курсу, 01.11.98.