Волоконно-оптические датчики поляризационного типа

В основе функционирования этих датчиков лежит зависимость состояния поляризации световой волны, распространяющейся в среде, (кристаллы, оптические волокна) от внешних воздействий. Внешнее воздействие, например, электромагнитное поле или деформация, воздействуя на вещество (кристаллы, волокна) изменяет его свойства, вследствие чего изменяется состояние поляризации световой волны на выходе этого вещества.

Существуют несколько физических эффектов, приводящих к модуляции поляризации света [36].

1. Линейный электронно-оптический эффект Поккельса заключается в том, что наложении на кристалл электрического поля, последний, становиться анизотропным, т.е. скорость распространения световых волн с различными поляризациями, соответствующим образом направленными и ориентированными относительно осей кристалла и направления внешнего поля, становятся различными.

Такие среды и кристаллы называются электрооптическими, а возникающая анизотропия – наведенным двулучепреломлением. Тогда, если на вход такого кристалла подается линейно–поляризованная световая волна, то, пройдя через кристалл, она становится эллиптически поляризованной. Таким образом, между двумя волнами с взаимно перпендикулярными линейными поляризациями возникает сдвиг фаз, который линейно зависит от приложенного электрического поля. На этом принципе строятся ВОД напряженности электрического поля и напряжения.

2. Эффект Фарадея заключается во вращении плоскости поляризации линейно-поляризованной световой волны в магнитооптических материалах.

Если направление распространение линейно–поляризованной световой волны в веществе совпадает с направлением магнитного поля (или противоположно ему), то плоскость поляризации волны в веществе будет поворачиваться, причем, угол поворота линейно зависит от магнитного поля и не зависит от его направления. Таким образом, эффект Фарадея является следствием анизотропии преломляющих свойств магнитной среды для световых волн с правой и левой круговой поляризациями, возникающей под действием магнитного поля. На этом принципе строятся ВОД магнитного поля и электрического тока.

3. При деформации упругого тела изменяется коэффициент преломления вещества этого тела, и проявляются свойства двулучепреломления (аналогично эффекту Поккельса). Этот эффект называется эффектом фотоупругости. Эффект фотоупругости применяется для создания датчиков давления, вибрации.

На рис. 3.5 представлена схема ВОД для измерения напряжения. В таком можно добиться изменений выходного напряжения не более 0,5% при входном измеряемом напряжении от нескольких вольт до 300 В. Температурная нестабильность выходного сигнала не превышает ±3 % в диапазоне: минус 10 – плюс 85°С.

Дата добавления: 2015-08-13