Деполяризатор монохроматического излучения и устройство для измерения угловой скорости

 

Изобретение относится к волоконной оптике и может быть использовано 8 датчиках на основе волоконных световодов , волоконно-оптических линиях связи и др. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности волоконно-оптических устройств. Деполяризатор монохроматического излучения содержит волоконный световод, на котором установлены два сжимателя, образующие линейные фазосдвигаюв1ие элементы. Сжиматели развернуты друг относительно друга на угол 45. К каждому из сжимателей подключены , генераторы возбузадающего напряжения. Излучение, прошедшее через сжатые участки волоконного световода,становится неполяризованным в среднем за период колебаний возбуждающего генератора , если длина сжимателей и расстояние между ними выбраны много меньшими длины поляризационных биений в световоде. Деполяризатор используется в устройстве для измерения угловой скорости. 2 с.п. , 2. ил. (Л 00 ьо QD .4 tsD

СОЮЗ CGBETCHMX

СОЦЮЛИСТИЧЕСНИХ

РЕС 1УБЛИН

„„SU„, 1329421

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 07.03,92, Бюл. Р 9 (21) 3792741/25 (22) 25,07.84 (72) Э.И.Алексеев, Е.Н.Базаров, А.П.Гуськов, В.Г.Израелян, А.М.Курбатов, А.В.Кухта и В.Д.Микишев . (53) 535.8 (088.8) (56) Billinys В.Н. Т0$А, 1951, v.41, р. 966-975.

ВоЬп et al К. Electron Lett, 1981, v.17., р. 352..- (54) ДЕПОЛЯРИЗАТОР ИОНОХРОМАТИЧЕСКО ГО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ (57) Изобретение о носится к волоконной оптике и может быть использовано

Н датчиках на основе волоконных свео товодов, волокочно-оптических линиях связи и др. Цель изобретения — повыI (51)5 G 02 F 2/00, С 01 P 3/36 шение чувствительности и точности волоконно-оптических устройств. Деполяризатор монохроматического излуче- ния содержит волоконный световод, на котором установлены два сжимателя, образующие линейные фазосдвигающие элементы. Сжиматели развернуты друг относительно друга на угол 45 . К каждому из сжимателей подключены генераторы возбуждающего напряжения.

Излучение, прошедшее через сжатые участки волоконного световода,становится неполяризованным в среднем эа период колебаний возбуждающего генератора, если длина сжигателей и расстояние между ними выбраны много меньшими длины поляризационных биений в световоде. Деполяриэатор используется в устройстве для измерения угловой скорости. 2 с.п. ф-.лы, 2 ил.

I г:12() ;:2!г (! зс)(бр("! с«на :. . 0 г: .Oситсл к Б ::!!О) 0:i

Ной ОППИКЕ И МОЖЕТ бытlл ElCПО()ЬЗО()а" нО Б раз Личных «BTHHKaõ l а A(HGH-":

ВОЛОКОННЫХ СБЕТОБОДОН (!7(),. F, БОЛО:.(О:-

НЫХ ЛИНИЯХ СВЯЗИ !1 Т,П. . ((ЕЛ1 Изобрв TeE)HSE — П(С!13),а((!Е«ИЕ г! .гн ° твительности H- точнс)сти волокo;1:10* опт!(ческих устройств.

Г)а (()ИГ . $ «OK B 3 a «) (Рвг(! (a!1 -! ЕМЬЦ(! (E.FIOJ1S(PH3 аТ0Р МОИ ПХ!70()атил(ЕC Ko) 0 113, (1!" ченил (д ((() ;, la (t)Hã,,2 "- устройство для измере«ил угловой! с((орос Ги, ((ГЯ (((jHI ) ) Г ОДЕ()ж)г«! i )!CJ10KÎH! 1л световод 1 . E. op)3()É :",1(11()(!"! cëü 2 све гсг"

Рода р второй =жиматель 3 сВетовода . генератор 4 Бозбужпенил г(ервс)го с;;., — ..-мателл, генератор 5 Бозб.":(де«!)л Ото рого c;3((fEIBTeJ)s(причем Г;- нераторы 6 и 5 E? o 3 бужде «ил мо Гу т бьг(h 1)ыг(0л! «1": ны Б Биде ге«ерасгîpoв пи)!Ообраз ((3! 0

Ц.)ПРЯЖЕ«ИЛ, Г )(ЕРБТ(л 1.)Б ТРЕУГОЛЬ! Ог( пилы или генератор. в гарма«ически::с кОл("6B«HH о 5 част(7к 1)0130KG!l ного св!зтсгнода 1, перекрытый п(рн :()i с (и!Га гелеN

2 Образует первый )Hl;lе(!()ый«1))азoc!)33):" )

Га(О!ЦИИ Э БЕМЕ Н е ((!(73) . Б гг(БС г. ЗК Б! лло

КО«НОГÎ СБЕТОБОДа (, Ггев" 1 Ыт;-г!Йл 9 г:0-" рым сжимателем «1, 0 7ра3 1 :..-..: 1. Горой л-. . (е Й ! (л)Й (lj B 3 0 c JI t) ) i Г BK)(l! 3 A ".: J (".. (e . iT,,"ЕЛИ 2 и 3 г!)аз Б р "(ут;,; = „.:!П СГГ!100(.- г<=. .J",;;"о

Н0 .другo! 0 на уг л:- !ç .: Б«епатос,)

al0ç 1! jJJ(i1«н« ()13;, О. "i! ))cli 1((;)и!! мателям через си;:.-ему 7JI!3)crpo(oa Ä !

Л 4И Работа Зт спеДУкп!(1)! с!6Разог.(ИОНОХРОМа-г ИЧЕ „ К, о(;: ИЗЛ-лЧЕ)(И(3 ()т

НОД l K j.(f)0;!Oa;. Г,",;;;- -; л -. ):,"Т(;I.

Бод !-, ïa((300(IH!7(jемые (. .3(Г. ).-.". тел"-::f)H

) гH -л-чассгки 11(;(-:()(. Т=Б)13 y;т;-Об(31-;.

ПОСЛЕДОББТЕЛЬНО (i (ÒI((IOH)((E ПГПл):; Л!-i;!(«l

НЬ)Х (()аз ОСДБ1(гг()О!)((1Х;. .".,лс!3)г ;.a „(«(-,1!: Т; )ЫЕ

/ г-0

ОСИ КОТО)ЭЫХ Paai)LР«УТI>) )iа:) 7 л С l !"

НОСИТЕЛЬ;П:(((И фаЗОБЫ;)1 .:.;;:-лЕРл(((а(:"; ..;3 .

МЕНЯ((7))3с!1ял1СЛ HiO го(,1y;KQ -):- !(0« (. г-тс)

H Clf3 «BJ(bf c-":E! . Pa CP0D г!

ДЕН)lя С«ПIМБТЕ;ПЕй о г(э!луг(- -1:ИЕ,.- 11р!7()! -Л.

)IIe.e уЧЯCTKB Мвжпу Ьэг1(г(а (ЕЛЛ!) (и 2 И ) °

НЕМ За П РИОД KOJ(P5 3Нгlй г".0 3 (7У. «!(л " -!Б)ЧЕ 0

ГЕ«глРЕТС)Ра 3 I О ИЗЛУЧЕ(!1;,Е ((ОС)ХОП(!Т чер(3 3 оставщийс Я св.76од,(),()1:.гча:,)( волоконн-го c;0(BT(7вода 1 . :::-0(7 . -3:--

HB фГ7ТОП )H ))!(if(, БР М11 -; 01.:. П«:Е.г!.ЗЯ .:.С "" !" OpO: O БЬГб(7ан С) 1«а П) Г-;.. —;;: (,Г, г-. „- 0:! -! !!г)1-. ", пеРиоДа колебан!п- . БОЗЙУ (псла)п-.,(JI-O Г-.НЕРаТОРБ = 1(1711 Та :,0;.! БЬ." .".ОС!Е БРЕ11.--.;1:i

УСРЕДНЕНИЯ ИЗ11УЧ!ЗЦИЕ ПРг "ХОД()1(Г(Е1- 1. фО т!3 П Р Ил Е МH HK 0)С "1 3 !л= г -. - НЕ П О П -з )7) 3 ((-".- ролновое число; — длина волны излучения; показатель преломления материала световода; модуль (Онга, — фотоупругие постоянные; коэффициент Пуассона;

- с;(Hh)a)(j()3asf сила„ прихоДЛБг(аяг Я На ЕДИНИЦУ

-г(7,„ р ! г(.л(и Р (л

)л в

ДЛИНЫ ) d - диаметр,световода.

Устройства (фиг.)) будет работать ак де 10ля(эиэатОБ IlpH услОвиир что (3)с(зовые защерж1)си между поляризациями,;.,—, --гзме,sl(3Tcsf по пнлообразному закону, причем существук)г две возможности.

Если периоды пилообразных изменепг(й у обоих ЛФЗ (овпадагот, тогда амплитуды ИK разпича(стся вдвое. Если

С ОвпаДа)вт Ю)пгЛИТУД) ПИЛ, тОГДа !!

БГ(вое должны различаться периОды.

При этом дпя пол )Пения неполяризационного монохрома гического излучения

=,р HCHOI! &ЗУi2TCH! ЛИН(IЙНОЕ JJI))JJIQЧЕПРЕЛОМлi«i!lie, Бо (1(н)саюшее при сжатии участков ВС Б поперечном направлении. 803можны другие режимы изменения Во Бремени линейнзго днулучепреломления на

-.:::. -;T:;МаЕМЫХ уЧБС гКа"(БС, ЧЕМ ПИЛООбраэ1)GI 0, )(),лины) сжимаемых участков и расстояни! между ними ДОлжны быть эна

Ч1-тельна меньше дл,"шы поляризационных биений В !)С.

lза i(fhpf пе )анис)!м ) (!T Вида и степени псллризапии элек громагнитного иэлуце«ИЯ От И!"точникал ,1(л)(г ПО НТOpO y НариаНТу (C ГЕНЕра t тором возбуждения Б виде генератора тp=;.JCOJII.«02(пилы,l более долгонечен, так как обеспечивает меньшие сдвиговые «апряжения вследстви более план,,;(ого изменения вь(рабатываемого возбчж:!a(c,.(Ier0 на)1ряжения. Генератор гармо(!ических напряжений обладает (помимо дог()гоне Гности) е!)(е и тем преимущестE3u(f,,что позволяет работать с нелинейным (peзонансным) сжимателем, например с пьезокерамикой.

При поперечно((сжатии участка ВС длиной 1 lfa этом участк= вследствие f:0 гоупругс- ти Во.)никает двулучепрелом...ленке, Величина поторогс / определяет«СЯ ИЗ СООТНОШЕНИЯ д, (л

-))(---. — (P -Р) ()+, )

° )Р и — 3) 13?9421

Режим с иияообразным изменением,„(", )=О: 1, (/.)=-О; и «то «а тоты . сжимающих усилий (относительных фа- возбуждения первого и нторого сжимазовых задержек) аналогичен режиму телей <,, и и. я.гбираются так, «rn работы ячеек Поккельса. С точки эре- периоды комбинационных тонов 1/р «, + ния надежности работы волоконного

+g ы ) (р и g — целые числа) окаэы2 деполяризатора он имеет тот недостаток„ ваются меньше времени усреднения фочто в момент ска "..ообразного измене- тоириемного устройства. ния сжимающих усилий волоконный све- Возможен и такой режим работы товод испытывает ударные нагрузки, 1(1 предлагаемого деполяризаторз при что нежелательно по соображениям обес- гармоническом возбуждении сж...лателей печения механической прочности свето- светонода, при котором относительные вода, уровню шумов, связанных с рабо- фазовые задержк;. /, и с, не сонпатой деполяриэатора, и т.п. дают в точности с нулями функции БесУстройство будет работать как де- 15 селя 1 (d i), но выбраны настолько поляризатор и в том случае, когда боль. ими, что сами значения 1,(д,)и фазовая задержка на каждом иэ сжимае- 1,(l ) оказываются достаточно малы1. мых участков ВС изменяется в виде ми. Из асимптотики функции 1,(/) слетреугольных импульсов с одной и той дует, что величины о, и с при этом же частотой и одинаковой амплитудой, ? должны быть порядка 1ОО радиан. кратной 2 я . Такой режим упрощает При работе пьеэопреобразователей и конструкцию деполяризатора, так в сжимателях ВС в режиме резонанса как при этом требуется только один . такие значения фазовых задержек возгенератор треугольных импульсов. можно получить даже при длинах сжиРежим работы волоконного деполя- ?5 маемых участков снетовода Порядка ризатора с треугольным законом изме- 1 — 2 см. Однако при этом увеличинения относительно фазовых задержек вается вероятность разрушения свето- не всегда является оптимальным по вода и сокращается срок службы депопростоте его реализации и эффектив- ляриэатора. носrA достижения требующихся фазовых ЗО Для устранения этой трудности можэадержек. С практической точки зре- но использовать конструкцию -волокон--ния предпочтительнее работать при нога деполяризатора, в которой свето гармоническом изменении фазовых за- вод подвергается не двустороннему, держек (сжимающих усилий в ВС). При а одностороннему поперечному сжатию, этом если например сжиматели при1 У Э

Необходимые для деполяризатора ноловодятся в действие пьезокерамически- конные ЛФЭ получаются намоткой светоми преобразователями, можно работать, вода с натяжением на два цилиндричесвблизи (или на) собственных реэонан- ких пьезокерамических пьезопреобрасах этих преобразователей, так что, эователя, оси которого повернуты оддля их возбуждения требуются меньшие 41.на относительно другой на 45 . При напряжения. Кроме того, частота воз- этом линейное двулучепреломление набуждения пьезопреобразователей может водится на участках световода, уложеивыбираться в значительно более широ- ных с натяжением по боковым поверхноском диапазоне, чем в случае треуголь- тям гьеэоцилиндров, при радиальных ных импульсов возбуждения. B pe y hTa 45- деформациях этих цилиндров. Величину те выбор времени усреднения оказывает наведенного двулу чепреломления можно ся возможным в более .широком диапаэо- оценить по вышеприведенной формуле. не,.что является дополнительным преи- длина участков световода, намотанных муществом при использовании предлага- на пьезоцилиндры, может быть эиачиемого деполяриэатора в различных во; тельно больше, чем в деполяриэаторе локонно-оптических устройствах. с двусторонним сжатием ВС (фиг.1), . Устройство будет работать как вследствие чего необходимые значения деполяризатор и при гармоническом относительных фазовых задержек полуЪ возбуждении сжимателей при условии, чить существенно проще даже при малых что относительные фазовые задержки 5 напряжениях возбуждения пьезоцилинд55 иа сжимаемых участках световода (в ров и без опасности разрушения светорадианах) равны значениям, при кото- вода. Для реализации такого деполярирых обращаются в нуль Функция Håññå затора необхоцимо использовать светоля первого рода нулевого порядка вод с большим периодом поляризацион5 1 1 i (1( иых биений . Есл11 т Як а ГО с 43 е т 043()!1 Я

У

e.3 (13армулаизабретения :;2 к опорному входу синхроннага детектора в схеме 8 злек-;раиной отряба.. ки .<р, "-игнп наму входу -(О гора"-" подклк2чен выход фотоприемника 6., у;тя— новленного у оцнага из концов галзкон-=

Ного световада (после разветвителя 2). нет, естественную опти41ескую яктивноспь ВС можно скомпенсировать раскручиванием ВС вдаль ef o прадопьной аси перед намоткой на пьезацилиндр или подавить ее достаточно сильным двулучепреломлением, создаваемым предварительным напряжением волокна при намотке на пьезоцилиндр„

Устройство для измерения угловой скорости состоит из источни1<а 1 мо-нахромятическаго изпучс ния,, разветвителя 2, волоконного цеполяризатора

3 манохромятическаго излучения, воло-. каннога светавода, уложенна:-о в много витковое KoJIbffo 4, фазового модулято-. ра S, фотаприейникя 6 и схемы электронной обработки сигнала фо.гоприемни-. ка> включающей генератор / 13азбужде ния фазового модулятора и усилитель. с синхронным детектором 8. Источник монохроматическога излучения связан чепэ разветвитель 2, образованный оптически связанными нячяльньгм и 2(онечным участками волаканнога светсвода и служащий устройством вводя (выводя) излучения монохрамятическога источника 1, с оставшейся частью волоконнага световада,, уложенной в многовитковое кольца - . Дег1оляриз;2тор 3 манохромятического излучения расположен в середине волоконного

СЗЕТОЕОДЯ„Я фЯЗОБЫй IOggftIITOP 1 УСтановлен перед разветвитепем 2„ причем к его электрическому входу подключен вьгход генератора," возбуждения фазового модулятора и однлзреь1е23Но вьIхОд этОГО генеряз4" 0 )а падключ4зн

Устроиства рябатае г с21ег1ующим (2б=" разо4м.

Излучение от источника монохраматическога иэлученил 1 пастуIIaeò ня вход волоконного разветвителя 2,. катаром интенсивность излу:1ения,целится цараьну между вь1хаднь2ми Гпе-1я=" ми разветвителя, а затем ряспраст3аняется па волоконному светавоцу 4 в противоположных направпениях, проходя через валокоиньгй фазовый мадугятор 5 и волоконный деполяр 4затор 3.

4с 1 6

П13(2к1021121с е по кол ь l!V 23 про Tè 230!1432142éпых направлениях излучение через ряз23етв13тель 2 ПОпядяет IIH фОтаприемник

42, вызывая в электрической цепи последнега ток, который поступает в схему электронной обработки сигнала, где выделяется первая гармоника фазовай модуляции. При этом поступающее на фатоприемник 6 излучение после прах(2224дения (в обоих направлениях} волаконнага депопяризяторя становится неполяризовянным в среднем по времени, при выполнении условия йf

jOO = выходной сиги не будет

::"..- ль4ТЬIвать поляризационных флуктуаЦИЙ, 1, Депаляризятор монохроматического излучения., содер21(я1ций два линейных фязосдвигающих элемента, к каждому из которых подключен генератор возбуждающего напряжения, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чу1зствитепьности и точности з1 олоконно-оптических устройств, линейные фазосдвигающие элементы выпалненв1 в ниде светавода, на двух участках которого установлены сжимате4пи световода, развернутые друг OTо носительно друга на 45, причем длины сжимателей и расстояние между ними выбраны много меньшими длины no""

;1яр21эационньгх биений в световоде.

2. Устрайстг420 для измерения угловой скорости, содержащее волоконный световод, свернутый в многовиткавае кольцо, с устройством ввода-вывода излучения.в световоц, источник излучения на входе, фотоприемник на выходе, фазовый мсдулятор и волоконный разветвитель, установленные па длине световода, и деполяризатор, установленный в середине светаводя, о тл и ч а ю щ e e с я тем, чта, с целью повышения чувствительности и точности устр<зйства, источник излу- чения вь4полнен в виде источника монахроматического излучения, деполя:f3 =Top — в виде делоляризатора манахраматичес2(4зго излучения с временной постоянной депаляризаторя и (100(1Г ),где 21à — ширина пало— сы прапускания фатОприемникя.

1 329421

Составитель В.Рандошкин

Редактор Л.Курасова Техред Кравчук Корректор ° Шекмар .Заказ 1423 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óærîðîä, ул.Проектная, 4