Faraday镜预转角对FMOCT输出光偏振态的影响

通过计算机仿真,运用琼斯矩阵理论分析了Faraday镜预转角对法拉第镜式光学电流互感器输出光偏振态的影响.实验测量了Faraday镜实际预转角的大小,测量了外磁场的改变对Faraday镜预转角的影响.外磁场的存在和变化使Faraday镜预转角偏离初始值,并使系统输出光由理想状态下的线偏振光退化成椭圆偏振光,并引起法拉第镜式光学电流互感器工作灵敏度和稳定性的下降.提出了用电磁屏蔽解决外界磁场影响的方法.

基于FARADAY旋光镜的光学电流互感器分析与试验研究

为解决全光纤电流互感器因采用相位调制器、性能要求高的电子元器件以及复杂的调制解调算法等导致其成本高的问题,提出了一种基于法拉第旋光镜(faraday rotation mirror,FRM)的光学电流互感器(optical current transformer,OCT)方案;分析了该OCT的电流传感原理以及信号获取方法,试验研究了其电流测量精度和温度性能、谐波准确度以及振动特性,试验结果表明其满足5P20的要求,在-40~+50℃范围内,光纤传感环对该OCT系统误差影响不超过0.75%;OCT光纤传感环在承受10g的加速度冲击过程中,系统无异常信号输出。研制的该OCT主要技术指标满足中高压交流输电系统中保护级电流互感器的精度要求,可用于架空线—电缆混合线缆故障区域判别电流测量、分接开关故障电流监测等。

法拉第反射镜温度传感特性研究

通过剩磁温度系数建立了法拉第旋转角与工作温度之间的对应关系,推导了温度变化时法拉第反射镜的传输矩阵;建模分析了基于干涉光学原理测量法拉第旋转角系统,并采用相关解调算法确定系统输出与温度间的对应关系。最后,搭建了实验系统,采用锁相放大器进行数据处理,通过数据拟合确定法拉第反射镜的剩磁温度系数为0.009452,与所测量数据进行对比,数据相关系数为0.9939,理论值与实测值具有较好一致性。

基于FRM的直升机载光纤惯导用抗振型光源研究

振动性能是评价高精度直升机载光纤陀螺环境可靠性与性能稳定性的一个重要指标,光源作为直升机载光纤惯导的源头部件,需要保证其在振动条件下性能的稳定输出。针对光源平均波长随振动变化的问题,从基本机理出发,通过建立光路琼斯矩阵模型,深入研究了光纤中传输光的偏振态与偏振相关损耗之间的关系,在不增加光源系统复杂性的情况下提出了一种基于法拉第旋转镜的直升机载光纤惯导用抗振型光源,并实验验证了其抗振动性能。实验表明,提出的方案可以大大提高光源和光纤惯导振动条件下的稳定性,特别是高频振动条件下(1000~2000 Hz),光源的平均波长稳定性提高了6.8×10^(-6)。

基于Sagnac原理的单轴分布式光纤传感系统偏振态分析

针对Sagnac干涉型单轴分布式光纤传感器中使用单模光纤作为传感器件时,由于传输光偏振态在双折射影响下所带来的干涉信号“偏振诱导衰落”问题,运用琼斯矩阵分析法,建立了该型传感器系统在传感光纤双折射和外部事件共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数影响的数学模型;仿真分析了在传感光纤线性双折射和圆双折射共同作用下,传输光的偏振态对系统功率传输系数的影响;提出了使用法拉第旋转镜提高系统抗偏振能力的改进方法.仿真结果表明,该方法能很好地消除光纤线性双折射和圆双折射.

线性双折射对法拉第镜式光学电流互感器输出影响的理论分析

从理论上推导并分析了线性双折射及入射起偏角对法拉第镜式光学玻璃电流互感器输出特性的影响,给出了法拉第镜式光学玻璃电流互感器在非理想状态下线性双折射及入射起偏角对系统输出电压的调制函数的数学表达式.结果表明,线性双折射及入射起偏角分别以S(Δ)函数(抽样函数)c、os 4θ的形式调制理想法拉第镜式光学玻璃电流互感器输出信号的尺度因子,同时由于入射起偏角的影响,系统将产生一个直流分量-sin 4θ.当入射起偏角取0°、45°、90°…等特殊值时,该直流分量为0.这一工作结果对于光学玻璃电流互感器的研究、设计具有一定的理论参考意义.

琼斯矩阵在分布式光纤传感器偏振态分析中的应用

针对基于Sagnac原理的分布式光纤传感器中光波偏振态在双折射影响下所带来的干涉信号“偏振诱导衰落”问题,运用琼斯矩阵分析法,建立了传输光偏振态影响系统功率传输系数的数学模型;根据仿真分析的结果,发现使用反射镜作为反射元件,只能消除光纤圆双折射的影响,而不能消除线性双折射的影响。因此,提出了使用法拉第旋转镜提高系统抗偏振衰落能力的改进方法,仿真结果表明可以很好地消除传感光纤的线性双折射和圆双折射的影响。

法拉第镜旋转角的偏振分束测量法

提出了基于偏振分束法的法拉第镜偏振旋转角的测量方法。利用非偏振分束器改变法拉第镜出射光的方向,偏振分束器将该出射光分为p光和s光,分别测量其光强,应用后续"差除和"信号处理方案消除光源波动的影响,推导出法拉第镜偏振旋转角的理论表达式。分析了起偏器的消光比非0及起偏角误差对输出结果的影响,分别是0.05729°和-0.1000°。实验验证了该方法的可行性,重复测量结果为89.68°,均方值为0.01493。

波长解调用偏振无关光纤干涉仪的研究

针对光纤激光传感器信号解调过程中,干涉仪输出干涉条纹可见度受输入光偏振态变化以及两臂单模光纤双折射效应的影响,介绍了一种简单的光纤干涉仪消除偏振衰落技术,通过在Michelson光纤干涉仪上加两个法拉第旋转镜来提高输出条纹可见度。使用琼斯矩阵法对干涉仪系统进行理论计算,证明法拉第旋转镜旋转角度在理想的45°附近时能达到很好的消偏振效果,并通过实验进行了有效地论证。

一种新型光电式一体化电流电压互感器

介绍了一种将光学电流互感器和光学电压互感器同放于一个绝缘体内,可同时测量电流和电压的光电式一体化电流电压互感器。电流互感器采用法拉第镜式光学电流传感技术,电压互感器采用全反射光学电压传感技术,采用双光路补偿技术解决光强衰弱以及干扰双折射引起的误差。装置在佳木斯110kV佳西变电站糖厂线试运行,运行情况良好,满足现场实际要求。

正交共轭反射镜电流传感器研究

针对光学玻璃电流传感头光学参量对光学电流互感器性能影响问题,提出了采用正交共轭反射镜作为一次电流传感元件的光学电流传感器设计方案,报告了系统的光路设置,建立了系统的数学模型,导出了其工作原理的解析表达式,给出了验证性实验结果,讨论了该设计的优、缺点及克服缺点可能的技术措施.研究结果表明,该设计方案是合理的,可被实验验证的.经过实用化开发后,其有可能成为实用型光学电流互感器的一种方案.

一种完整测量膜片法拉第效应和损耗的方法

提出了一种能完整测量零锁区激光陀螺法拉第偏频组件中旋光膜片的法拉第旋光效应和超低损耗的方法和自动测量系统.该方法利用双光路正交分解平衡测量原理,通过测量两束光光强平衡时起偏器的偏振方向来确定旋光膜片的法拉第转角和超低损耗.测量结果表明:系统对法拉第转角的测量分辨率小于0.9″,损耗测量分辨率为10ppm.环境温度的波动对法拉第转角的测量变化很小,但对膜片超低损耗测量影响很大,温度变化8.1K,膜片损耗测量值变化一个周期.实验及结果证明,该系统能满足超高精度测量的要求.

光纤激光水听器消偏振衰落技术研究

针对光纤激光传感器信号解调过程中干涉仪输出干涉条纹可见度受输入光偏振态变化和两臂单模光纤双折射效应的影响,介绍了一种简单的光纤干涉仪消除偏振衰落技术,通过在M ichelson光纤干涉仪上加2个法拉第旋转镜来提高输出条纹可见度。使用琼斯矩阵法对干涉仪系统进行理论计算,证明法拉第旋转镜旋转角度在理想的45°附近时能达到很好的消偏振衰落效果,并通过实验进行了有效的验证。

一种无调制器的全光纤光学电流互感器

目前研究及应用的全光纤光学电流互感器均采用铌酸锂相位调制器或PZT相位调制器进行相位调制,光路系统复杂、成本较高,且采集单元受原理限制不能远距离布置,使应用受到限制。本文研制了一种无调制器的全光纤光学电流互感器,采用Faraday旋光镜实现相位偏置,文章介绍了无调制器全光纤光学电流互感器的构成、原理及信号处理方式,给出了线性度、温度特性、谐波特性等主要性能测试结果。采用Faraday旋光镜的无调制器全光纤光学电流互感器光路系统简单、成本低,采集单元可远距离布置,拓展了全光纤光学电流互感器的应用。

反射相移对法拉第镜式OCT影响的理论研究

为了减小块状玻璃电流传感头中线性双折射与反射相移等互易效应产生的有害影响,提出了一种利用法拉第反射镜构成的具有折返传感光路的光学电流互感器方案.采用矩阵理论分析了该方案的光学工作过程,在不计线性双折射的条件下,当反射相移单独存在时,用仿真方法研究了反射相移对法拉第镜式光学电流互感器输出光偏振态的影响,并与单层保偏膜式方案进行了对比.结果表明,法拉第镜式光学电流互感器方案可以解决由反射相移引起的系统输出光偏振态椭圆退化问题,提高了光学电流互感器的灵敏度和温度稳定性.这对于改进现有块状玻璃电流互感器的性能、开发实用型光学电流互感器具有一定的参考意义.

减小无源OCT中初始双折射影响的方法

针对无源光学电流互感器的线性双折射问题,用琼斯矩阵分析了双折射对系统输出的影响。分析了输出光退化成圆偏振情况下光学电流互感器仍能传感电流的现象,以及输出光保持线偏振条件下系统输出电压仍受线性双折射影响的现象。分析了入射光偏转角、入射光相移与初始线性双折射对光学电流互感器输出的联合影响。结果表明,当初始双折射存在的情况下,随着入射光相移的变化,系统输出相对偏差存在极小值,且极小值对应的入射光相移随着初始双折射值而单调递增。由此提出增加入射光相移来减小初始线性双折射对系统输出影响的方法。用计算机仿真了理论计算结果,实验验证了这种方法的可行性。对改进无源光学电流互感器的性能、开发实用光学电流互感器具有参考意义。

互易性光学量对FMOCT输出光偏振态的联合影响

提出了用于大电流测量的法拉第镜式光学电流互感器方案.采用琼斯矩阵分析了互易性光学量联合作用对法拉第镜式光学电流互感器输出光偏振态的影响,做了计算机仿真验证;利用椭率概念定量分析了输出偏振光的椭圆退化问题,计算了输出光椭率与互易性光学量的关系;在输出光的椭圆退化问题上与单层保偏膜式光学电流互感器方案进行了对比.结果表明,在互易性光学量联合作用的条件下,法拉第镜式光学电流互感器的输出光仍保持线偏振状态,这将改善由温度引起的互易性光学量变化对系统工作稳定性的影响.

干涉型分布式光纤传感系统抗偏振衰落性能研究

为了解决分布式光纤传感系统中常出现的偏振衰落现象,提高系统的稳定性,在分析了系统检测原理基础之上,基于单模光纤的双折射等效琼斯矩阵,建立了分布式光纤传感系统模型,明确了采用不同反射器件条件下,探测光强I与入射光偏振角度i的关系。通过试验证明系统采用旋转角为π/2的法拉第旋转镜(FRM)具有较好的抗偏振衰落特性。

法拉第旋转镜辅助高阶微波光子滤波器设计

在研究MPF(微波光子滤波器)理论的基础上,针对滤波器的整体性能优化和偏振不稳定性,提出了一种基于法拉第旋转镜辅助设计的MPF结构,得到了一个高阶结构的MPF。实现了同时具有高Q值、高边频选择性和高阻带抑制比的可调谐带通滤波器。采用信号流图分析了法拉第旋转镜反射光纤环延迟线结构中微波调制信号的流程,推导出了传递函数、Q值表达式。并进行了仿真,分析了耦合系数、光纤放大器增益和光纤环环长对输出谱特性的影响。

用线性光纤器件验证光的半波损失

针对验证光半波损失问题,文章提出了一种验证光半波损失的方案并进行了详细的理论推导和实验验证。该方案采用琼斯矩阵进行计算,分析了光场量子态的变化,计算了光在通过两种Sagnac干涉环后的出射情况,进而得到相位的π变化方案。该方案实验装置借助了由X型耦合器组成的Sagnac干涉环和附加偏振分束器与法拉第旋转镜组成的改进型Sagnac干涉环。实验结果表明,该方案结构简单,现象结果明显,得到的干涉对比度均达99%以上。