Оптоэлектронные датчики - Козлов В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
Измерение формы спектра излучения полупроводникового лазера. На рис. 69 представлена система, разработанная для прямого измерения формы спектра излучения лазерного диода, необходимой при его использовании в качестве источника света. Здесь волоконно-оптический интерферометр Фабри-Перо работает как частотный фильтр с очень узкой полосой пропускания. За счет использования в нем оптического волокна с сохранением поляризации (длиной 1,1 м) получена половинная ширина резонансной кривой Af.=1,5 МГц.
117
Волокно
возбуждения
Полупрозрачное зеркало с Высоким
Интерферометр
Фабри-Перо
i-
-о-
/Изолятор / коэффициентом
_ г__^ ^ » Q - отражения '
Лазерный диод
Светоприемноеч устройство
у Поляризатор
—о
Е-0**—-0°
Усилитель
Фазовый
модулятор
Двойной балансный смеситель
Рис. 69. Измерение формы спектра излучения лазерного диода с помощью
интерферометра Фабри-Перо
Резонансная частота интерферометра модулируется частотой с помощью фазового модулятора (путем удлинения оптического волокна), и на экране осциллографа индицируется форма спектра лазерного диода. Здесь температурный дрейф компенсируется путем извлечения с помощью двойного балансного смесителя составляющей ю, подачи ее как сигнала обратной связи на фазовый модулятор и обращения в нуль низкочастотной составляющей.
Интерферометр с межмодовой интерференцией. На рис. 70,а приведена структура интерферометра на основе интерференции между двумя модами с ортогональной поляризацией в одном оптическом волокне. я)
Гепцц-
неоиобыа
лазер
№
Четвертьболновая пластина гА
К>
Волокно
с сохранением Призма Сбетоприемное
поляризации Волластона устройстбо
Поляризатор
Регулирэбна температуры
Температура, °С
Рис. 70. Измерение температуры интерферометром с межмодовой интерференцией
Падающий свет с линейной поляризацией посредством четвертьволновой пластины превращается в свет с круговой поляризацией, и тем самым в оптическом волокне с сохранением поляризации равномерно воз-
118
буждаются моды с ортогональной поляризацией. Если при этом на выходном конце волокна установить расщепитель поляризованных волн (призму Волластона) с наклоном его оси по отношению к осям поляризации под углом 45°, то значения выходных сигналов Р1 и Р2 будут определяться формулами (129) и (130). Разность фаз между световыми волнами выражается как Др/, где Дв - разность между постоянными распространения двух световых волн, / - длина волокна. При изменении / и Дв изменяется и выходной интерференционный сигнал, т. е. интерферометр функционирует как датчик. В данном случае Дв меньше постоянной распространения в моды НЕ11 на несколько порядков, а это снижает чувствительность датчика.
На рис. 70,б показаны изменения выходного сигнала в зависимости от температуры. На основе этого интерферометра разработаны и исследуются также датчики давления, датчики магнитного поля и электрического тока с использованием магнитострикционных материалов. Для датчиков применяется оптическое волокно с двумя одномодовыми сердечниками. При этом в датчике кручения, например, используется разность фаз света в обоих сердечниках, возникающая при кручении волокна. Разрабатывается датчик, в котором из-за разности постоянных распространения (обусловленной различием размеров сердечников или их коэффициентов преломления) под воздействием температуры или других факторов возникает разность фаз. Наконец, примером интерферометрического датчика на одном оптическом волокне может служить датчик температуры, в котором используется интерференция между двумя распространяющимися в волокне модами: одна из них основная, а другая - следующего порядка.
15.2. Оптоволоконный микрофон
При проведении прямых акустических измерений в условиях агрессивной окружающей среды, например, в турбореактивных или ракетных двигателях, требуются датчики, способные выдерживать высокие температуры нагрева и сильные вибрации. Для этих целей наилучшим образом подходят оптоволоконные интерферометрические микрофоны. Такие устройства состоят из одномодового интерферометра Майкельсона и плоской отражающей диафрагмы. Интерферометр отслеживает отклонения диафрагмы, которые напрямую связаны с величиной акустического давления [10].
Для получения интерференции между падающими и отраженными лучами света два световода соединяются вместе методом сплавления и на небольшом участке разъединяются, образуя клин (рис. 71).
119
Рис. 71. Оптоволоконный интерфе-рометрический микрофон. Пере-
мещение медной диафрагмы преобразуется в интенсивность света на детекторе
Световоды помещены в трубку из нержавеющей стали, охлаждаемую водой. Внутреннее пространство трубки заполняется эпоксидной смолой, а конец трубки тщательно полируется так, чтобы были видны оптоволокна. На часть другого конца трубки (тот, на котором световоды соединены вместе) наносится слой А1, формирующий отражающее зеркало. Открытая половина световода является чувствительной частью микро-
1 Kjf ГТЧ KS /*—1' KS
фона, а закрытая - эталонной. Такой датчик обладает очень низкой температурной чувствительностью, что достигается близким расположением друг к другу чувствительной и эталонной частей конструкции.
