Структуры волоконно-оптических интерферометров

Датчики на основе интерференции

В датчиках на основе интерференции используют различные схемы интерферометров. На рис. 23.2 представлены основные виды волоконно-оптических интерферометров. Структуры, представленные на рис. 23.2, а, б,используют в волоконно-оптических гироскопах. Они образуют единую систему. В интерферометрах Маха - Цандера и Майкельсона одни концы двух одномодовых оптических волокон предназначены для чувствительного элемента, другие - для опорного сигнала (рис. 23.2, в, г). В отличие от них интерферометры Фабри - Перо и интерферометры с поляризованными модами (рис. 23.2, д, е) выполнены лишь на одном оптическом волокне и разработаны с учетом использования тех или иных особенностей волокна.

В интерферометрах, за исключением интерферометров Фабри - Перо, интенсивности выходных интерференционных сигналов P ₁ и Р ₂ при исходной интенсивности двух световых волн I ₁ и I ₂ (на рис. 23.2, е это световые волны с ортогональной поляризацией) выражается следующим образом:

, (23.1)

. (23.2)

В этих формулах γ - показатель, называемый степенью когерентности интерференции. Он зависит от произведения ширины спектральной линии источника света Δ f и разности длин двух оптических путей Δ l. При Δ f∙ Δ l = 0 γ получается равным единице. При изменении разности фаз φ между световыми волнами желательно для повышения чувствительности, чтобы Δ f∙ Δ l было близко к нулю.

При разработке волоконно-оптического датчика типа интерферометра требуется компенситовать дрейф нуля, колебания масштабного коэффициента и нелинейность. Для этого применяются методы светового гомодинирования и гетеродинирования. При методе светового гомодинирования частоты двух интерферирующих световых волн равны и интенсивность выходного сигналаопределяется выражениями (23.1), (23.2). При световом гетеродинировании в один из оптических путецй вносится частотный сдвиг, между световыми волнами устанавливается разность фаз Δ ω и на выходе получается сигнал с фазовой модуляцией:

,

где φ_d и φ_s – фазы входного сигнала и дрейфа соответственно.

Фазовым детектированием выходного сигнала можно получить φ_d + φ_s, что и отвечает сути метода светового гетеродинирования. В первом методе отмеченные три проблемы решаются усовершенствованием оптической системы, а во втором - в основном усовершенствованием электроники с целью более полного использования техники фазового детектирования.

На рис. 23.3, а представлена наиболее общая схема интерферометра с гомодинированием. В этой структуре составляющая дрейфа φ_d компенсируется с помощью волоконно-оптического фазового модулятора. Здесь с помощью дифференциального усилителя из выходного сигнала интерферометра устраняется составляющая I ₁ +I ₂постоянного тока, а низкочастотная составляющая подается по цепи обратной связи.

Дата добавления: 2014-01-15