ВОП на основе фазовой модуляции

Условия реализации:

- монохроматический ИИ (однорежимный лазер);

- однорежимное СВ и др. компоненты оптической схемы.

Фаза потока световой волны в радианах определяется соотношением:

(5.5)

где - длина ВСВ (волоконного световода); - длина волны света, распространяющегося по волокну.

В общем случае фаза определяется:

(5.6)

где ; - длина волны света в вакууме; - коэффициент отражения (рефракции).

Таким образом, из (1.2) следует, что:

(5.7)

(5.8)

(5.9)

где - осевая деформация ВСВ (зависимая от ИВ); - относительное изменение коэффициента отражения (рефракции).

Известно, что абсолютное изменение коэффициента рефракции определяется через коэффициент Поккельса и и составляющие деформации (осевая) и (радиальная) следующим соотношением:

(5.10)

Это соотношение справедливо только при допущении постоянства объема, то есть , то есть когда коэффициент Пуассона .

Таким значением характеризуются такие материалы, используемые для оболочек, как:

- силиконовый каучук ≈ 0,4995;

- полиэфир ≈ 0,4896;

- полиэтилен ≈ 0,445.

В этом случае выражение (1.6) примет вид:

(5.11)

С учетом (1.7) выражение (1.5) для информативного сигнала ВОП, работающего в режиме фазовой модуляции имеет вид:

(5.12)

Для плавленого кварца:

=0,27; =0,12; =1,46, поэтому выражение для 0,08 и (1.8) примет вид:

(5.13)

Для изотропного материала подверженного действию давления осевая деформация может быть определена зависимостью:

(5.14)

Если учесть что величина , есть сжимаемость материала оболочки, то для ВСВ толстостенной с оболочкой:

(5.15)

Минимальная толщина оболочки ВСВ, которая еще может быть описана выражением (1.11) зависит от упругости материала оболочки, её модуля упругости . Чем больше , тем толще должна быть оболочка.

Для многослойной оболочки модуль упругости усредняется.

Сжимаемость полиэфира, используемого для оболочки ВСВ, составляет:

. (5.16)

В случае использования в качестве ИИ – инжекционного полупроводникового лазера арсенида-галиевого, для которого :

, (5.17)

где в м, в Па.

Приведенная чувствительность для - инжекционного лазера равна:

(5.18)

что хорошо согласуется с экспериментальными данными полученными Бучаро, что свидетельствует об адекватности рассмотренной теории (Физическая акустика, V.ХVI, №7, №4, 1982).

Фирма Optech (оптикал технолоджис) исследовался ДД с ВСВ длиной =360 мкм и =20 мм, который позволял при измерении мм.рт.ст. (<5,4 Па), изменяющегося с частотой до 1 Гц, получать сдвиг по фазе равный: .

Функциональные возможности ВОП на основе фазовой модуляции можно расширить, если применить магнитострикционные оболочки в ВСВ. Тогда ВОП позволят измерять параметры магнитных и электрических полей. Так как в этом случае вариации параметров полей вызывают изменение длины ВСВ, а следовательно приводят к пропорциональному фазовому сдвигу .

Существенной особенностью ВОП на основе принципа фазовой модуляции является то, что рабочая частота ИИ должна составлять до 10¹⁴ Гц=100 ГГц, на которой обычно ФД работать не способны.

Поэтому необходимо преобразование фазового сигнала в амплитудный, что осуществляется с помощью интерферометров (Фабри-Перо, Маш-Зендера, Михельсон-Сагнака).

Упрощенная схема этих интерферометров имеют вид:

Рис.5.3. Схема интерферометра Маш-Зендера.

Рис.5.4. Схема интерферометра Фабри-Перо.

Рис.5.5. Схема интерферометра Михельсона.

Рис.5.6. Схема интерферометра Сагнака.

На рис.5.3-6: 1 – ИИ; 2 – 3 дБ – ный ответвитель; 3 – чувствительное плечо; 4 – плечо эталона; 5 – ФД; 6 – полупосеребренное зеркало (полупрозрачное); 7 – зеркало; 8 – чувствительная часть; 9 – оптоволоконная спираль.

Стр.А.

Возможности ДД до 10^-4 Па.

Метод регистрации на основе синхронного детектирования:

- малые размеры;

- высокая чувствительность;

- способность работать в экстремальных условиях.

В этих ДД используются твердые пьезооптические материалы органического и неорганического происхождения в аморфном или кристаллическом состоянии.

Наиболее перспективная группа материалов для использования в качестве чувствительного элемента ОЭП кристаллы (прозрачные вещества дальней и ближней ИК областях спектра).

Среди этих кристаллов:

Твердые растворы на основе "ортофосфата свинца – ортовандата свинца ".

Одним из наиболее важных параметров, характеризующих пьезооптические чувствительные элементы является полуволновое механическое напряжение используемого материала:

, (5.19)

где -длина волны СП; - показатель преломления; - пьезооптический коэффициент;

- длина кристалла.

Для оценки минимального значения деформаций и давления , используется выражение:

(5.20)

(5.21)

где: - фазовый сдвиг, 1,4·10^-7 рад; и - чувствительность по деформациям и по напряжениям.

Максимальная чувствительность по : до =200 Гц.

Шумовое напряжение 10 мкВ/Гц.

Таблица 5.1

№	Материал	Плав. кварц					Tiocol Solithone Uratane
	, Па·м-1				расч. эксп.
							-
	, Па						эксп. расч.