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第七讲偏振调制机理与检测技术 光纤偏振调制技术可用于温度 压力 振动 机械形变 电流和电场等检测 主要应用是监测强电流 偏振调制中常用的物理效应 一 普克耳效应二 克尔效应三 法拉第效应四 光弹效应 一 普克耳效应 当强电场施加于光正在穿行的各向异性晶体时 所引起的感生双折射正比于所加电场的一次方 称为线性电光效应 或普克耳效应 调制机理 普克耳效应使晶体的双折射性质发生改变 这种变化理论上可由描述晶体双折射性质的折射率椭球的变化来表示 晶体的两端加一个电场 外加电场平行于通光方向 这种运用称为纵向运用 或称为纵向调制 对于KDP类晶体 晶体折射率的变化与电场E的关系由下式给定 是KDP晶体的纵向运用的电光系数 两正交的平面偏振光穿过厚度为l的晶体后 光程差为 式中 是加在晶体上的纵向电压 当折射率变化所引起的相位变化为时 则称此电压为半波电压 并有 图2 5 1是利用普克耳效应的光纤电压传感器示意图 普克耳效应的光纤电压传感器工作原理 传感器工作过程是 从激光器射出的光由起偏器11变为平面偏振光 再入射到调制器械电光晶体1上 由于电光效应的作用 从电光晶体射出的光变为椭圆偏振光 经1 4波片2获得一光学偏置 最后经检偏器3输出 这样就由相位的变化转换成强度的变化 输出的光强为 纵向运用时 横向运用时 二 克尔效应 克尔效应也称为平方电光效应 它发生在一切物质中 当外加电场作用在各向同性的透明物质上时 各向同性物质的光学性质发生变化 变成具有双折射现象的各向异性特性 并且与单轴晶体的情况相同 外加电场与光传播方向垂直时 感应双折射同电场关系 利用克尔效应可以构成电场 电压传感器 光克尔效应调制原理 如图 通光方向与电场方向垂直 当电极上不加外电场时 没有光通过检偏镜 克尔盒呈关闭状态 当电极加上外电场时 有光通过检偏镜 克尔盒开启状态 若在两极上加电压U 则由感应双折射引起的两偏振光波的光程差为 两光波间的相位差则为 检偏镜的透射光强度I与入射光光强I0之间的关系可由下式表示 特征 感应双折射几乎与外加电场同步 有较快的响应速度 响应频率可达1010Hz 可以制成高速的克尔调制器或克尔光闸 三 法拉第效应 可做成电流传感器 四 光弹效应 在力学形变时材料会变成各向异性 压缩时材料具有负单轴晶体的性质 伸长时材料具有正单轴晶体的性质 物质的等效光轴在应力的方向 感生双折射的大小正比于应力 这种应力感生的双折射现象称为光弹效应 小结 强度调制 检测接收到的光强变化获得被测信号 相位调制 两束相干光存在相位差在光电探测器中发生干涉并转换成强度变化实现对待测量的测量 波长和频率调制 调制机理类似 侧重点不同 偏振调制 结构简单 灵敏度高 应用范围广 稳定性差 技术有待提高 感谢亲观看此幻灯片 此课件部分内容来源于网络
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