光偏振檢測系統(tǒng)第七章

光偏振檢測系統(tǒng)第七章第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日原理：機(jī)械應(yīng)力、磁場、電場——光學(xué)媒質(zhì)的傳光特性（偏振態(tài)的變化）應(yīng)用：光彈性效應(yīng)測力計(jì)、磁光式電流測試裝置、光纖電壓表、BOS電壓傳感器等光偏振檢測系統(tǒng)有關(guān)光學(xué)器件：

1.波片：全波片、半波片、四分之一波片

2.偏振分光器件：偏振分光鏡、渥拉斯頓棱鏡

3.棱鏡反射器：直角棱鏡、角錐反射鏡第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日光彈性效應(yīng)：晶體在受壓后其折射率發(fā)生變化，呈現(xiàn)雙折射的現(xiàn)象稱為光彈性效應(yīng)。7.1光彈性效應(yīng)測力計(jì)第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日光彈性效應(yīng)測力計(jì)原理構(gòu)成：起偏振器P1、檢偏振器P2透振方向相互垂直。測力元件透明硬質(zhì)材料（如玻璃等）的平行六面體或圓柱體第4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日原理

P1→M→P2P1→振幅為A0，光強(qiáng)為I0。

M→兩束正交線偏振光振幅為A0/2。

P2→的分振幅為A12=A22=A0/2

相應(yīng)光強(qiáng)為I12=I22=I0/4兩束光在同一方向上振動周相差為所測力的函數(shù)式中，C——與材料性質(zhì)相關(guān)的系數(shù)，與材料條紋值f0的關(guān)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5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日光彈性效應(yīng)測力計(jì)基本結(jié)構(gòu)第6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日

為使I和F呈線性關(guān)系，光電測力計(jì)光路中放入若干云母片，用以產(chǎn)生附加光程差Δ，光電池接收的光強(qiáng)為：

I=K{1–cos[2/（CF+Δ)]}I0/2式中K是放入云母片的削弱系數(shù)，使2/3≥[2/（CF+Δ)]≥/3因余弦函數(shù)在此附近變化接近線性，即可的預(yù)期效果。第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日結(jié)構(gòu)P6789101112345P(a)檢測原理1光源2、8起偏器3、91/4波長板4、10光彈性元件5、11檢偏器6光纖7自聚焦透鏡偏振光線偏振光橢圓偏振光光彈性效應(yīng)壓力計(jì)第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日利用光彈性效應(yīng)測量壓力的原理及結(jié)構(gòu)如圖。發(fā)自LED的入射光經(jīng)起偏器后成為直線偏振光。當(dāng)有與入射光偏振方向呈45o的壓力作用于晶體時，使晶體呈雙折射從而使出射光成為橢圓偏振光，由檢偏器檢測出與入射光偏振方向相垂直方向上的光強(qiáng)，即可測出壓力的變化。其中1/4波長板用于提供一偏置，使系統(tǒng)獲得最大靈敏度。第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日

為了提高傳感器的精度和穩(wěn)定性，下圖為另一種檢測方法的結(jié)構(gòu)。輸出光用偏振分光鏡分別檢測出兩個相互垂直方向的偏振分量；并將這兩個分量經(jīng)“差／和”電路處理，即可得到與光源強(qiáng)度及光纖損耗無關(guān)的輸出。該傳感器的測量范圍為103Pa～106Pa，精度為±1％，理論上分辨力可達(dá)1.4Pa。這種結(jié)構(gòu)的傳感器在光彈性元件上加上質(zhì)量塊后，也可用于測量振動、加速度。

第10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日2453輸出前置放大前置放大I2－I1I2+I1驅(qū)動16I1I2PD1PD2光彈性式光纖壓力傳感器的另一種結(jié)構(gòu)1光纖2起偏器3光彈性元件41/4波長板5偏振分光鏡6反射鏡

p第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日7.2光纖電流電壓測試系統(tǒng)法拉第效應(yīng)（磁光效應(yīng)）

第12頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日磁致旋光效應(yīng)原理

=VdLBVd——菲爾德常數(shù)第13頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日光纖安培計(jì)工作原理第14頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日工作原理光路：激光→線偏振光（經(jīng)起偏振器）線偏振光發(fā)生法拉第旋轉(zhuǎn)（光纖線圈中）

=Vn∮Hdi=VnI

線偏振光的分光（經(jīng)渥拉斯頓棱鏡）相互正交電路：

P=(I1－I2)/(I1+I2)=kK——光纖性能系數(shù)在V、K、n確定和測出參數(shù)P以后，即可求出母線中待測電流的大小I。

第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日光纖的要求光源采用激光二極管0.85m

溫度控制克服溫度影響光纖整個長度保持原有的偏振態(tài)纖芯截面非圓性及不對稱的應(yīng)力分布會引起雙折射要求：引起的在1°/m以下。注意修正限制光纖直線部分的長度、線圈半徑不要過小適當(dāng)減小匝數(shù)檢測系統(tǒng)防震第16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日光纖電壓測試系統(tǒng)光纖電壓表：高壓電測試裝置氦氖激光器光電池顯示儀表第17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期日工作原理經(jīng)過光纖傳送到光電池的信號光信號I將隨電極上所加外電壓的大小V而變化，從而測出待測電壓的大小。

原理：縱向泡克勒斯效應(yīng)（