[信息与通信]光纤传感原理3.ppt

北京交大光信息所 光谱吸收原理。 弹光、电光、磁光、声光效应原理。 Sagnac效应、光纤陀螺原理。 II. Sagnac效应 1913年,萨格纳克发明一种可以旋转的环形干涉仪: 将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉。这就是萨格纳克效应。 Stokes 定理 光纤陀螺 原理图 1976年，美国Utah大学的Vali和R.W. Shorthill成功地制作了第一个光纤陀螺(FOG-Fiber Optic Gyroscope)。它标志着第二代光学陀螺、光纤陀螺的诞生(第一代光学陀螺为激光陀螺)。 I-FOG R-FOG III. 光声效应 物质受到周期性强度调制的光照射时，产生声信号的现象。 A.G.Bell，1880年发现光声效应。 机理: 物质受光照射时吸收的光能全部或部分转变为热，导致其中应力（或压力）的周期性变化，产生声信号。 光声信号的频率与光调制频率相同，其强度和相位则决定于物质的光学、热学、弹性和几何的特性。　 光声显微镜装置 内容小结 Any questions ? 光纤传感基本器件 2 光纤耦合器 偏振控制器 光纤偏振器 光隔离器 光环行器 光纤光栅 WDM 光纤传感器通常是光、机、电一体化的系统 光纤器件 体光学器件 棱镜、透镜、反射镜等 滤光片 波片 光栅 光电器件 光源 电光、磁光、声光调制器 光电探测器 光电耦合器 机械器件 光纤连接器 各种紧固件 外壳等部件 光纤耦合器 光纤器件是光纤传感器的核心部件 光纤耦合器（Coupler）：将光信号从一条光纤中分至多条光纤中的元件，或从多条光纤合入一根光纤，或从多条光纤到多条光纤。 光纤偏振控制器 偏振控制器(PC)是光纤传感与通信系统中一个非常重要的器件。其功能是将输入的任意偏振态,转换成任意所需偏振态输出。 *电磁挤压偏振控制器，M. Johnson, 1979, Applied Optics *Faraday 旋转偏振控制器，T. Yoshino, 2003, Electron. Lett. *电光光纤偏振控制器， O. Tarasenko, 2006, OFC *通用光电动态偏振控制器， 速度慢、损耗大 控制电压低 电光、磁光效应 液晶 插入损耗太大 （~5dB） 响应速度快 电光效应 电光晶体 需大电流控制， 速度慢 较低的IL、PDL 磁光效应 Faraday 旋转型 速度较低 极低的IL、PDL，线性特性好，易于控制 弹光效应 光纤弯曲或 挤压型 缺点 优点 原理 ?类型 ◆光纤偏振态控制方法比较 应用举例 光纤圈型手动偏振控制器的制作 原理 光纤弯曲产生弹光效应，形成感生双折射。对于半径为R的光纤圈，折射率差为： 计算：对1550nm的光波，若要求光纤圈直径为50mm，问制作1/4、1/2波片需绕SMF多少圈？（SMF：125微米） 1/4 1/2 1/4 光纤偏振器 光纤偏振器（Polarizer）：或称起/检偏器，其功能是将任意偏振态的输入光变成线偏振光输出。 由上式可知PDL器件的Mueller 矩阵具有对称特性。当α = 0 °时，任意偏振态的光信号经过该器件后只保留S1 分量，而 S3 = S2 = 0，这种PDL器件常称为水平线偏振器。当α = 90°时，光信号经过该器件后只保留- S1方向的分量，则称为垂直线偏振器。 光纤隔离器 光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应 偏振相关型 光隔离器 偏振无关型 光隔离器 偏振无关型光隔离器由两块双折射晶体（采用楔形，光轴互成45° ）和FR组成。自然光经第一块双折射晶体C1分成两束光．为偏振方向垂直的e光和o光．进入FR偏振面方向分别旋转45°，进入第二块双折射晶体C2，分别为O光和e光．合成为一束光而出射。反向传输时，由C2分开的O光和e光经FR旋转后再进入C1，还相当于O光和e光，只会被分得更开而不能被合成一束光，不能被耦合进光路。 光纤环行器 3端口光纤器件，端口1的输入光能传输到端口2，端口2的输入光能传送到端口3，反之则光被隔离。 1 2 3 如何利用一只1×2耦合器与一只隔离器组成环行器？ 光纤光栅 加拿大通信中心的K.O.Hill 等人在1978年首次在掺锗光纤中采用驻波写入法制成光纤Bragg光栅。后来Meltz等人利用高强度紫外光源所形成的干涉条纹对光纤进行侧面横向曝光在该光纤芯中产生折射率调制或相位光栅。1989年，第一支Bragg谐振波长位于通信波段的光纤光栅研制成功。 光纤光栅是目前最有发展前途、最具代表性和发展最为迅速的光纤无源器件之一。 原理 光纤光栅分类 按空间周期和折射率系数分布特性分为：