光纤干涉仪4.PPT

5.3.1 相位调制 迈克尔逊干涉仪示意图 光纤迈克尔逊干涉仪 2.马赫－泽德（Mach-Zehnder）干涉仪原理 2.马赫－泽德（Mach-Zehnder）干涉仪原理 3. 塞格纳克干涉仪 3.塞格纳克干涉仪 4. 法布里—珀罗干涉仪 激光器 探测器 3dB 光纤塞格纳克干涉仪 N 是光纤环匝数 光纤陀螺的应用 1．导航 导航是引导载体到达预定目的地的过程。导航系统可以说是一个测量装置，所提供的导航参数供驾驶员操作载体之用。如导航系统与自动驾驶仪联用，导航系统提供的导航信息作为自动驾驶的输入量，由自动驾驶仪自动操纵引导,可用于的载体有军用飞机、民用飞机、军舰、轮船、坦克、装甲战车、自行火炮、民用火车、汽车和机器人等。 2．制导 制导是指自动控制和引导飞行体按预定轨道或飞行路线准确到达目标的过程。 光纤陀螺用来探测或测定导弹相对于目标的飞行情况，供计算机计算导弹的实际位置与预定位置飞行偏差，形成引导指令，并操纵导弹改变飞行方向，使其沿预定的轨道飞向目标。 单色扩展光源 焦平面 屏幕 4. 法布里—珀罗干涉仪 第五章 光纤传感器基本原理 §5.3 相位调制机理 Principle of Phase Modulation 相位调制光纤传感器的基本传感原理是：通过被测物理量的作用，使光纤内传播的光波相位发生变化，再用干涉测量技术把相位变化转换为光强变化，从而检测出待测的物理量。 利用光相位调制来实现一些物理量的测量可以获得极高的灵敏度。 x y z 光波的相位 ?1 ?1 0 P L P点相位比0点延迟 光波通过长度为L的光纤后，出射光波的相位延迟为: L 引起光纤中光相位调制的物理效应 ① 应力应变效应 ② 温度应变效应 被测信号 Ii Io S iD 相位敏感光纤 光探测器 干涉 相位—光强的转换 相位调制区 相位调制光纤传感器的基本原理 5.3.2 光纤干涉仪 光纤相位传感器要求有相应的干涉仪来完成相位检测过程。对于一个相位调制光纤传感器，敏感光纤和干涉仪缺一不可。敏感光纤完成相位调制任务，干涉仪完成相位—光强的转换任务。 1、光的干涉 (1)频率相同； (2)光振动方向相同； (3)相位差恒定； 相干条件 则在空间相遇区域就会形成稳定的明、暗相间的条纹分布，这种现象称为光的干涉。 p S * 分波面法 r1 r2 1 2 在空间p点两个相干波列叠加。位相差由r1、r2的位置决定 真空 其中 2、相干叠加 光矢量平行、频率相同、振幅为E1和E2的两列光波在某处叠加后,合振动的振幅为 Dj称为相位差 如果在观察时间?内，相位差??保持恒定,相干叠加时的光强为 d为光程差。 S 1 S 2 S * * * x k=+1 k=-2 k=+2 k= 0 k=-1 I S1及S2处是缝时----杨氏双缝实验 光强曲线 I 0 ?? 2? -2? 4? -4? 如果I1= I2＝I0/2 如果检测出干涉光强度，则可确定两光束间相位的变化Dj。 几种常用干涉检测技术 1、迈克尔逊干涉仪 2、马赫-泽德（Mach-Zehnder）光纤干涉仪 3、赛格纳克（Sagnac）光纤干涉仪 4、法布里－珀罗光纤干涉仪 M1和M2是两块平面反射镜,其中M2是固定的,M1可作微小移动。G1有一半透明的薄银层,起分光作用。G2起补偿作用。M1′是M1对G1形成的虚像。M2和M1′间形成一空气薄膜。 当M1、M2严格垂直时,M1′和M2之间形成等厚空气膜,可观察到等倾条纹的圆形条纹;当M1、M2不严格垂直时,M1′和M2之间形成空气劈尖,这时可观察到等厚干涉的直线条纹。 ? 2 1 s G1 G2 M1 M2 1.迈克耳逊干涉仪 ? 2 1 s G1 G2 M1 M2 每当M1移动?/2 ,光线1、2的光程差就改变一个?，视场中就会看见一条条纹移过，如果看见N条条纹移过，则反射镜M1移动的距离是： 迈克尔逊干涉仪示意图 2 1 激光器 G1 G2 M1 M2 待检测信号 光探测器 探测器 信号臂 参考臂 3dB 耦合器 图为迈克尔逊全光纤干涉仪的结构。图中以一个3dB耦合器取代了分束器，光纤光程取代了空气光程，而且以敏感光纤作为相位调制元件。这种全光纤结构不仅避免了非待测场的干扰影响，而且免除了每次测量要调光路准直等繁琐的工作，使其更适于现场测量，更接近实用化。 光源 I＝I0(1+cosDj) 0 两束光位相差： 这样，通过检测光强变化，可知??，进而测量产生??变化的物理量。 Dj 探测器 信号臂（可移动端） 参考臂 3dB 耦合器 光源 PZT PZT相位偏置 固定反射镜 光 源 光探测器 可移动反射镜