Интерферометр Маха - Цандера

Структура с гомодинированием и частотной модуляцией излучения полупроводникового лазера. При получении сигнала методом гомодинирования меры по устранению указанных трех шумовых факторов касаются в основном оптической системы. При этом в один из оптических путей вводится фазовый модулятор света, осуществляющий обратную связь для изменения выходного интерференционного сигнала. В результате выходной сигнал не только не подвергается влиянию колебаний I ₁и I ₂, но и улучшается его линейность. Однако для этого требуется хорошая частотная характеристика и линейность самого фазового модулятора.

Рассмотрим структуру, в которой реализован метод гомодинирования с использованием прямой частотной модуляции излучения полупроводникового лазера без применения фазового модулятора (рис. 23.4). Частота излучения одномодового полупроводникового лазера обычно пропорциональна изменению инжекционного тока Δ I. При заданной разности Δ l оптической длины пути изменение частоты источника света в приемнике преобразуется в изменение фазы. При этом получается следующая зависимость:

, (23.3)

где k - постоянная, определяемая типом полупроводникового лазера и равная приблизительно 1ГГц/мА.

Как видно из формулы (23.3), изменением инжекционного тока можно компенсировать изменение фазы сигнала. На ток, инжектируемый в полупроводниковый лазер (рис. 23.4), накладывается ток частотой ω =1 МГц, большей, чем частоты в полосе сигнала. Обратная связь организуется так, чтобы составляющая этой частоты в выходном сигнале приемника, обнаруживаемая с помощью двойного балансного смесителя, была равной нулю. Это приводит к тому, что составляющая Р_ω в выходной сигнале Р при постоянной η выражается следующей формулой:

.

В этом случае, как видно из рис. 23.3, а, нет необходимости избавляться от постоянной составляющей выходного сигнала интерференционной системы, а следовательно (см. рис. 23.4), требуется только один приемник и тем самым упрощается оптическая система. В схеме на рис. 23.4 сигнал температурного дрейфа, имеющий большую амплитуду по сравнению с выходным сигналом, передается по цепи обратной связи на фазовый модулятор света, выполненный из пьезоэлемента.

На основе интерферометра Маха - Цандера разрабтаны гидрофон, в котором используется зависимость фазы распространяющегося света от звукового давления, спектрофон, измеряющий поглощение света газообразными веществами. При воздействии на газ светом, модулированным по интенсивности, газ, а вместе с ним и ячейка, расширяется. Изменение объема измеряется с помощью высокочувствитеьного интерферометра. Разработан высокочувствительный акселерометр, измеряющий сжатие и расширение стержня из упругого материала с намотанным на него оптическим волокном и прикрепленным грузом, испытывающим ускорение. Он позволяет измерять ускорения порядка 10^{-10 g} . Кроме того, создан амперметр с использованием джоулева тепла при протекании электрического тока по оптическому волокну с алюминиевым покрытием. Устройство имеет чувствительность ~ 5∙10^-6 А/м при частоте тока 10 Гц. Нанесением на оптическое волокно покрытия из электрострикционного материала можно аналогичным образом создать измеритель электрического поля. При покрытии, например, поливинилиденфторидом удалось достичь чувствительности примерно 4 рад/В на 1 м оптического волокна.

Дата добавления: 2014-01-15