x32 n32 1 晶体的两端加一个电场。外加电场平行于 通光方向,这种运用称为纵向运用,或称 为纵向调制。对于KDP类晶体,晶体折射 率n的变化与电场E的关系由下式给定: 第七讲 偏振调制机理与检测技术 光纤偏振调制技术可用于温度、压力、 振动、机械形变、电流和电场等检测 主要应用是监测强电流 偏振调制中常用的物理效应 一.普克耳效应 二.克尔效应 三.法拉第效应 四.光弹效应 一.普克耳效应 当强电场施加于光正在穿行的各向异性晶 体时,所引起的感生双折射正比于所加电 场的一次方,称为线性电光效应,或普克 耳效应。 n n03 63 E 63 是KDP晶体的纵向运用的电光系数 两正交的平面偏振光穿过厚度为l的晶体后, 光程差为: L n l n03 63 E l n03 63U 式中,U El是加在晶体上的纵向电压。 当折射率变化所引起的相位变化为 时,则 射引起的两偏振光波的光程差为
(ne
n0 )l
k
0 (U d )2 l 两光波间的相位差则为 2kl(U )2 dຫໍສະໝຸດ Baidu 检偏镜的透射光强度I与入射光光强I0之间的关 系可由下式表示。 I
I0 sin 2[ 2 U ( U/2 )2 ] U 2 d 2kl 特征: 感应双折射几乎与外加电场同步,有较快 的响应速度,响应频率可达1010Hz。可以制成 高速的克尔调制器或克尔光闸. 圆偏振光,经1/4波片2获得一光学偏置,最后经检 偏器3输出,这样就由相位的变化转换成强度的变化。 输出的光强为 I
I0 sin 2
( 2
) 4 纵向运用时 2n03 41U / 0 横向运用时 n03 cU • l 0 d 二.克尔效应 克尔效应也称为平方电光效应,它发生在 一切物质中。当外加电场作用在各向同性 的透明物质上时,各向同性物质的光学性 质发生变化,变成具有双折射现象的各向 异性特性,并且与单轴晶体的情况相同。 外加电场与光传播方向垂直时,感应双折射同 电场关系 ne no 0kE2 利用克尔效应可以构成电场、电压传感器 光克尔效应调制 原理 如图,通光方向与电场方向垂直。当电极上不加外 电场时,没有光通过检偏镜,克尔盒呈关闭状态。 当电极加上外电场时,有光通过检偏镜,克尔盒 开启状态。若在两极上加电压U,则由感应双折 称此电压为半波电压 U 2 ,并有 U 2 0 2n03 63 图2-5-1是利用普克耳 效应的光纤电压传感 器示意图。 普克耳效应的光纤电压传感器工作原理 传感器工作过程是,从激光器射出的光由起偏器11 变为平面偏振光,再入射到调制器械电光晶体1上。 由于电光效应的作用,从电光晶体射出的光变为椭 三.法拉第效应 V l 0 H d l 可做成电流传感器 四.光弹效应 在力学形变时材料会变成各向异性。 压缩时材料具有负单轴晶体的性质,伸长 时材料具有正单轴晶体的性质。 物质的等效光轴在应力的方向,感生双折 射的大小正比于应力。 这种应力感生的双折射现象称为光弹效应。 n0 ne kp 小结 强度调制:检测接收到的光强变化获得被 测信号; 相位调制:两束相干光存在相位差在光电 探测器中发生干涉并转换成强度变化实现 对待测量的测量; 波长和频率调制,调制机理类似,侧重点 不同; 偏振调制:结构简单、灵敏度高、应用范 围广;稳定性差,技术有待提高。