Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции_Волс 16-5 2014.doc
Скачиваний:
355
Добавлен:
01.06.2015
Размер:
20.64 Mб
Скачать

9.4. Поляризационные вод.

Поляризация в ВС может изменяться, как от воздействия электрического или магнитного полей (т.е. эффектов Керра, Фарадея, Поккельса и т.д.), так и от давления и от других факторов, однако поляризационные ВОД применяются реже из-за необходимости применения термостабильных материалов, малого динамического диапазона и меньшей чувствительности.

Примером является поляризационный датчик магнитного поля (электрического тока), работающий на эффекте Фарадея (рис. 9.10.)

Рис. 9.7. Поляризованный ВОД магнитного поля

Эффект Фарадея возникает в ферромагнетиках (>>1), диамагнетиках (<1), и парамагнетиках (>>1), но только у диамагнетиков он не зависит от температуры. Например у стёкол, используемых в ВС =0,999987. Датчик представляет собой ВС-1 намотанный на токопровод–2. При этом вектор совпадает с осью ВС. Излучение ПП лазера–3 поступает в ВС через поляризатор–4, а после ВОД попадает на анализатор–5, выделяющий две ортогональные составляющие поляризации. С анализатора два луча принимаются двумя ФП–6, сигналы с которых поступают на сравнивающее устройство–7.

В качестве анализатора может использоваться т.н. призма Волластона, которая выделяет ортогональные составляющие под углом = ко входной поляризации. Вследствие поворота плоскости поляризации на угол м (ф. (4.5.)) на входе сравнивающего устройства будут сигналы

Р1вх.а.(1+sin 2м)/2 ;

Р2вх.а.(1–sin 2м)/2 ,

где Рвх.а.–мощность на входе анализатора. Дифференциальная схема сравнивающего устройства выделяет сигнал

Uвых=kд(P1P2)/(P1 +P2)=kдsin2м ,

где kд – константа, не зависящая от мощности падающего на анализатор излучения.

Например, созданный на этой основе ВОД представляет собой катушку ВС диаметром 15 мм из 40 витков. ВОД позволяет измерять ток до 14 кА с нелинейностью 1% на частотах до 5 МГц. При этом максимальный угол поворота плоскости поляризации м 10.

Увеличение области линейности можно добиться схемными методами.

9.5. Вод с управляемой связью в коаксиальных оптических волноводах.

9.5.1. коаксиальный оптический волновод (ОВ) состоит из стержня и трубки, связь между которыми зависит от параметров внешнего слояn4 (рис. 9.11). при этом энергия от стержня отводится в трубку и рассеивается. Строгое теоретическое рассмотрение электродинамическими методами довольно сложно, поэтому коаксиальный ОВ рассматривают, как два отдельных одномодовых ОВ со своими коэффициентами распространения. Например, для конкретного коаксиального ОВ с параметрами: n1=n2=1,5; n2=1,495; а=1,5 мкм; с=7 мкм; =0,6328 мкм получены графики зависимостей коэффициентов фазы сердцевиныс(n4) и трубки т(n4) для разных значений b представленные на рис.9.12 [5]

Рис. 9.8. Коаксиальный ВОД

Рис. 9.9. Параметры коаксиального ОВ

Из графиков видно, что можно добиться условия фазового синхронизма с=т выбором b и n4 и рассматривать коаксиальный ОВ, как направленный ответвитель. Если наружная часть трубки помещена в среду с изменяющимся n4 то изменяется Т, а, подобрав n3, можно обеспечить желаемый диапазон изменения Т. При этом критическая длина связи Lкр, обеспечивающая переход энергии из стержня в трубку

,

где Ксв=f(n1; n2; n3; n4; a; b; c)коэффициент связи.

При использовании видимого диапазона можно визуально наблюдать периодическое изменение яркости свечения трубки вдоль оси с периодом 2Lкр. Поэтому Lкр иначе называется длиной биений. При выборе длины L=Lкр(2n+1), где n=0,1,2,… амплитуда сигнала в стержне будет зависеть от n4.

9.5.2. На основе коаксиального ОВ могут быть выполнены ВОД различного назначения:

1. ВОД температуры жидкости, например, силиконового масла, коэффициент преломления которой зависит от температуры;

2. ВОД электрического поля при помещении его в жидкость с электрическими свойствами (жидкий кристалл);

3. ВОД механических перемещений или давления, так как механические деформации ячейки приводят к изменению всех коэффициентов преломления и удлинению ячейки, что вызывает нарушение условия с=Т и модуляцию оптического сигнала. При этом нужно подбором параметров минимизировать влияние температуры.

Достоинствами коаксиальных ВОД являются отсутствие механической системы, высокая чувствительность и хорошие малогабаритные характеристики.

Недостатком является сложность технологии изготовления ВОД.

9.5.3. Можно предложить следующий порядок расчета коаксиального ВОД.

Исходные данные: Lкр (длина биений); длина волны–; пределы изменения (переключения) показателя преломления–n4;

1. Выбираются значения n1; n2; n3; из соображений

n2n4 + (0,001 0,002); n1n3n2 + (0,005 0,01).

2. Определяются геометрические размеры структуры a, b и с.

Из условия одномодовости .

При с =(45)а =соnst выбирается b соответствующее желаемому n4 и с согласно рис. 9.9. или формул и графиков в [5]. Затем уточняются b и с при

с – b =const, что обеспечивает значение n4 и Lкр. При этом, чем меньше а, тем при меньшем значении b – а достигается то же значение Lкр.

3. Определяется длина ячейки Lя =(2m+1)Lкр (m=0, 1, 2…), где Lкр определяется из графиков рис. 9.13 или формул в [5]. При этом соответствует максимальной длине биений Lкр= L.

Рис. 9.10. Зависимость Lкр(n4) при разных b.

Если задаётся не n4, а внешнее воздействие Fвх, при котором должно происходить переключение энергии из одного волновода в другой (например, температура), то сначала выбирается материал n4 внешней среды, а затем выполняется п.1.

При точности расчётов n1 и n3 110-4 и размеров а, b и с–10% происходит уход значения n4 на величину 510-4. На практике  ст м. При этом вносится погрешность менее долей %.