第七講 偏振調(diào)制機(jī)理與檢測技術(shù)

1、.第七講第七講 偏振調(diào)制機(jī)理與檢測技術(shù)偏振調(diào)制機(jī)理與檢測技術(shù) 光纖偏振調(diào)制技術(shù)可用于溫度、壓力、振動(dòng)、機(jī)械形變、電流和電場等檢測主要應(yīng)用是監(jiān)測強(qiáng)電流主要應(yīng)用是監(jiān)測強(qiáng)電流 .偏振調(diào)制中常用的物理效應(yīng) l一普克耳效應(yīng)一普克耳效應(yīng)l二克爾效應(yīng)二克爾效應(yīng)l三法拉第效應(yīng)三法拉第效應(yīng)l四光彈效應(yīng)四光彈效應(yīng).一普克耳效應(yīng)一普克耳效應(yīng)l當(dāng)強(qiáng)電場施加于光正在穿行的各向異性晶體時(shí)，所引起的感生雙折射正比于所加電場的一次方，稱為線性電光效應(yīng)，或普克耳效應(yīng)。 .調(diào)制機(jī)理l普克耳效應(yīng)使晶體的雙折射性質(zhì)發(fā)生改變，普克耳效應(yīng)使晶體的雙折射性質(zhì)發(fā)生改變，這種變化理論上可由描述晶體雙折射性質(zhì)這種變化理論上可由描述晶體雙折射性質(zhì)

2、的折射率橢球的變化來表示。的折射率橢球的變化來表示。 1232322222121nxnxnx.l晶體的兩端加一個(gè)電場。外加電場平行于晶體的兩端加一個(gè)電場。外加電場平行于通光方向，這種運(yùn)用稱為縱向運(yùn)用，或稱通光方向，這種運(yùn)用稱為縱向運(yùn)用，或稱為縱向調(diào)制。對于為縱向調(diào)制。對于KDP類晶體，晶體折射類晶體，晶體折射率率 的變化與電場的變化與電場E的關(guān)系由下式給定：的關(guān)系由下式給定：nEnn633063是KDP晶體的縱向運(yùn)用的電光系數(shù) .l兩正交的平面偏振光穿過厚度為l的晶體后，光程差為：l式中， 是加在晶體上的縱向電壓。l當(dāng)折射率變化所引起的相位變化為 時(shí)，則稱此電壓為半波電壓 ，并有 ElU 2U

3、UnlEnlnL633063306330022nU.l圖251是利用普克耳效應(yīng)的光纖電壓傳感器示意圖。 .普克耳效應(yīng)的光纖電壓傳感器工作原理l傳感器工作過程是，從激光器射出的光由起偏器傳感器工作過程是，從激光器射出的光由起偏器11變?yōu)槠矫嫫窆?，再入射到調(diào)制器械電光晶體變?yōu)槠矫嫫窆猓偃肷涞秸{(diào)制器械電光晶體1上。上。由于電光效應(yīng)的作用，從電光晶體射出的光變?yōu)闄E由于電光效應(yīng)的作用，從電光晶體射出的光變?yōu)闄E圓偏振光，經(jīng)圓偏振光，經(jīng)1/4波片波片2獲得一光學(xué)偏置，最后經(jīng)檢獲得一光學(xué)偏置，最后經(jīng)檢偏器偏器3輸出，這樣就由相位的變化轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度的變化。輸出，這樣就由相位的變化轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度的變化。輸出的光強(qiáng)

4、為輸出的光強(qiáng)為)42(sin20 II縱向運(yùn)用時(shí)04130/2Un橫向運(yùn)用時(shí)dlUnc030.二克爾效應(yīng)二克爾效應(yīng)l克爾效應(yīng)也稱為平方電光效應(yīng)，它發(fā)生在一切物質(zhì)中。當(dāng)外加電場作用在各向同性的透明物質(zhì)上時(shí)，各向同性物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，變成具有雙折射現(xiàn)象的各向異性特性，并且與單軸晶體的情況相同。l外加電場與光傳播方向垂直時(shí),感應(yīng)雙折射同電場關(guān)系20kEnnoe.利用克爾效應(yīng)可以構(gòu)成電場、電壓傳感器利用克爾效應(yīng)可以構(gòu)成電場、電壓傳感器 .光克爾效應(yīng)調(diào)制光克爾效應(yīng)調(diào)制 原理原理l如圖，通光方向與電場方向垂直。當(dāng)電極上不加外如圖，通光方向與電場方向垂直。當(dāng)電極上不加外電場時(shí)，沒有光通過檢偏鏡，克爾盒

5、呈關(guān)閉狀態(tài)。電場時(shí)，沒有光通過檢偏鏡，克爾盒呈關(guān)閉狀態(tài)。ldUklnne200)()(l當(dāng)電極加上外電場時(shí)，有光通過檢偏鏡，克爾盒當(dāng)電極加上外電場時(shí)，有光通過檢偏鏡，克爾盒開啟狀態(tài)。若在兩極上加電壓開啟狀態(tài)。若在兩極上加電壓U，則由感應(yīng)雙折射，則由感應(yīng)雙折射引起引起的兩偏振光波的光程差為的兩偏振光波的光程差為兩光波間的相位差則為兩光波間的相位差則為2)(2dUkl.l檢偏鏡的透射光強(qiáng)度檢偏鏡的透射光強(qiáng)度I與入射光光強(qiáng)與入射光光強(qiáng)I0之間的關(guān)之間的關(guān)系可由下式表示。系可由下式表示。)(2sin22/20UUII kldU22l特征特征: 感應(yīng)雙折射幾乎與外加電場同步感應(yīng)雙折射幾乎與外加電場同步,

6、有較快有較快的響應(yīng)速度的響應(yīng)速度,響應(yīng)頻率可達(dá)響應(yīng)頻率可達(dá)1010Hz?？梢灾瞥筛?。可以制成高速的克爾調(diào)制器或克爾光閘速的克爾調(diào)制器或克爾光閘.三法拉第效應(yīng)三法拉第效應(yīng)ldHVl0可做成電流傳感器.四光彈效應(yīng)四光彈效應(yīng)l在力學(xué)形變時(shí)材料會(huì)變成各向異性。在力學(xué)形變時(shí)材料會(huì)變成各向異性。l壓縮時(shí)材料具有負(fù)單軸晶體的性質(zhì)，伸長壓縮時(shí)材料具有負(fù)單軸晶體的性質(zhì)，伸長時(shí)材料具有正單軸晶體的性質(zhì)。時(shí)材料具有正單軸晶體的性質(zhì)。l物質(zhì)的等效光軸在應(yīng)力的方向，感生雙折物質(zhì)的等效光軸在應(yīng)力的方向，感生雙折射的大小正比于應(yīng)力。射的大小正比于應(yīng)力。l這種應(yīng)力感生的雙折射現(xiàn)象稱為光彈效應(yīng)。這種應(yīng)力感生的雙折射現(xiàn)象稱為光彈效應(yīng)。 .kpnne0.小結(jié)l強(qiáng)度調(diào)制：檢測接收到的光強(qiáng)變化獲得被測信號(hào)；l相位調(diào)制：兩束相干光存在相位差在光電探測器中發(fā)生干涉并轉(zhuǎn)換成強(qiáng)度變化實(shí)