光偏振检测系统第七章

光偏振检测系统第七章第一页，共十九页，2022年，8月28日原理：机械应力、磁场、电场——光学媒质的传光特性（偏振态的变化）应用：光弹性效应测力计、磁光式电流测试装置、光纤电压表、BOS电压传感器等光偏振检测系统有关光学器件：

1.波片：全波片、半波片、四分之一波片

2.偏振分光器件：偏振分光镜、渥拉斯顿棱镜

3.棱镜反射器：直角棱镜、角锥反射镜第二页，共十九页，2022年，8月28日光弹性效应：晶体在受压后其折射率发生变化，呈现双折射的现象称为光弹性效应。7.1光弹性效应测力计第三页，共十九页，2022年，8月28日光弹性效应测力计原理构成：起偏振器P1、检偏振器P2透振方向相互垂直。测力元件透明硬质材料（如玻璃等）的平行六面体或圆柱体第四页，共十九页，2022年，8月28日原理

P1→M→P2P1→振幅为A0，光强为I0。

M→两束正交线偏振光振幅为A0/2。

P2→的分振幅为A12=A22=A0/2

相应光强为I12=I22=I0/4两束光在同一方向上振动周相差为所测力的函数式中，C——与材料性质相关的系数，与材料条纹值f0的关系是f0=/C

干涉：I=I12+I22+2(I12+I22)1/2cos=(1+cos)I0/2=(1–cos(2CF/))I0/2=I0sin2(CF/)第五页，共十九页，2022年，8月28日光弹性效应测力计基本结构第六页，共十九页，2022年，8月28日

为使I和F呈线性关系，光电测力计光路中放入若干云母片，用以产生附加光程差Δ，光电池接收的光强为：

I=K{1–cos[2/（CF+Δ)]}I0/2式中K是放入云母片的削弱系数，使2/3≥[2/（CF+Δ)]≥/3因余弦函数在此附近变化接近线性，即可的预期效果。第七页，共十九页，2022年，8月28日结构P6789101112345P(a)检测原理1光源2、8起偏器3、91/4波长板4、10光弹性元件5、11检偏器6光纤7自聚焦透镜偏振光线偏振光椭圆偏振光光弹性效应压力计第八页，共十九页，2022年，8月28日利用光弹性效应测量压力的原理及结构如图。发自LED的入射光经起偏器后成为直线偏振光。当有与入射光偏振方向呈45º的压力作用于晶体时，使晶体呈双折射从而使出射光成为椭圆偏振光，由检偏器检测出与入射光偏振方向相垂直方向上的光强，即可测出压力的变化。其中1/4波长板用于提供一偏置，使系统获得最大灵敏度。第九页，共十九页，2022年，8月28日

为了提高传感器的精度和稳定性，下图为另一种检测方法的结构。输出光用偏振分光镜分别检测出两个相互垂直方向的偏振分量；并将这两个分量经“差／和”电路处理，即可得到与光源强度及光纤损耗无关的输出。该传感器的测量范围为103Pa～106Pa，精度为±1％，理论上分辨力可达1.4Pa。这种结构的传感器在光弹性元件上加上质量块后，也可用于测量振动、加速度。

第十页，共十九页，2022年，8月28日2453输出前置放大前置放大I2－I1I2+I1驱动16I1I2PD1PD2光弹性式光纤压力传感器的另一种结构1光纤2起偏器3光弹性元件41/4波长板5偏振分光镜6反射镜

p第十一页，共十九页，2022年，8月28日7.2光纤电流电压测试系统法拉第效应（磁光效应）

第十二页，共十九页，2022年，8月28日磁致旋光效应原理

=VdLBVd——菲尔德常数第十三页，共十九页，2022年，8月28日光纤安培计工作原理第十四页，共十九页，2022年，8月28日工作原理光路：激光→线偏振光（经起偏振器）线偏振光发生法拉第旋转（光纤线圈中）

=Vn∮Hdi=VnI

线偏振光的分光（经渥拉斯顿棱镜）相互正交电路：

P=(I1－I2)/(I1+I2)=kK——光纤性能系数在V、K、n确定和测出参数P以后，即可求出母线中待测电流的大小I。

第十五页，共十九页，2022年，8月28日光纤的要求光源采用激光二极管0.85m

温度控制克服温度影响光纤整个长度保持原有的偏振态纤芯截面非圆性及不对称的应力分布会引起双折射要求：引起的在1°/m以下。注意修正限制光纤直线部分的长度、线圈半径不要过小适当减小匝数检测系统防震第十六页，共十九页，2022年，8月28日光纤电压测试系统光纤电压表：高压电测试装置氦氖激光器光电池显示仪表第十七页，共十九页，2022年，8月28日工作原理经过光纤传送到光电池的信号光信号I将随电极上所加外电压的大小V而变化，从而测出待测电压的大小。

原理：纵向泡克勒