Исследование поляризационных методов и технологий согласования волоконно-оптических и интегрально-оптических волноводов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Аксарин, Станислав Михайлович

• Аксарин, Станислав Михайлович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Аксарин, Станислав Михайлович

Оглавление

Введение

Глава 1. Обзор современной литературы

Раздел 1.1. Параметры оптических волноводов с линейным двулучепреломлением

Раздел 1.2. Использование оптических волокон с ДЛП в оптических системах

Раздел 1.3. Методы юстировки и согласования оптических волноводов

Выводы по главе 1

Постановка цели и задач работы

Глава 2. Юстировка оптических волноводов с двулучепреломлением с помощью поляризационного интерферометра Майкельсона. Поляризационная интерферометрия в белом свете

Раздел 2.1. Поляризационный интерферометр Майкельсона

Раздел 2.2. Поляризационные преобразования в оптическом тракте волновода

Раздел 2.3. Метод согласования анизотропных оптических осей волноводов с двулучепреломлением

Раздел 2.4. Исследование поляризационных преобразований и диагностика оптических волноводов в многокомпонентных оптических системах

Выводы по главе 2

Глава 3. Нелинейные преобразования в оптическом тракте. Дисперсия двулучепреломления

Раздел 3.1. Дисперсия двулучепреломления в оптических волноводах

Раздел 3.2. Влияние дисперсии двулучепреломления на точность согласования осей анизотропии оптических волноводов

Раздел 3.3. Метод измерения дисперсии двулучепреломления

Выводы по главе 3

Глава 4. Применение метода согласования оптических волноводов по поляризации для построения распределенных волоконно-оптических измерительных комплексов

Раздел 4.1. Создание технологического комплекса для согласования оптических волноводов с анизотропией

Раздел 4.2. Методика юстировки оптических волноводов для сборки оптических элементов волоконно-оптического гироскопа

Раздел 4.3. Использование ПИМ при анализе поляризационных преобразований, возникающих в волокнах с двулучепреломлением при записи решеток Брэгга

Раздел 4.4. Методика согласования оптического чувствительного элемента на основе канального волновода, сформированного в кристалле ниобата лития, и участка компенсационного волокна при сборке оптической части волоконно-оптического датчика напряженности электрического поля

Выводы по главе 4

Заключение

Сокращения

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование поляризационных методов и технологий согласования волоконно-оптических и интегрально-оптических волноводов»

Введение

Устройства, использующие оптические методы обработки информации и проведения измерений, давно существуют и применяются в науке и технике. В последнее десятилетие произошел существенный прорыв в производстве устройств, основанных на волоконно-оптических компонентах. В частности, это было обусловлено совершенствованием технологии производства и, как следствие, повышением качества волоконно-оптических компонентов.

Появление устройств, основанных на интерферометрических методах измерений, позволило вывести на новый уровень возможности приборостроения в области измерения физических величин. Особую роль в этом сыграли оптические волноводы, позволившие создать класс высокоточных поляризационно-интерферометрических датчиков физических величин. В пример можно привести волоконно-оптические гироскопы навигационного класса точности, волоконно-оптические гидроакустические антенны, датчики напряжения, тока и т.д.

Оптических волокна с двулучепреломлением, обладающие свойством передавать линейно-поляризованное излучение через всю длину волокна, широко используются в области интерферометрических волоконно-оптических датчиках и других поляризационно-чувствительных элементах в качестве чувствительных элементов и оптических трактов передачи информации. Сохранение поляризации достигается за счет создания асимметрии в структуре волокна либо под действием индуцированной механической напряженности материала, создаваемой в процессе производства волокна, которая приводит к возникновению модового двулучепреломления. Такое двулучепреломление свидетельствует о наличии способности удерживать поляризацию в волокне.

Но одним из препятствий на пути создания высокоточных приборов является влияние поляризационных эффектов, связанных с

рассогласованиями поляризации интерферирующих волн, приводящее к возникновению ошибок и искажению сигнала интерферометра. Помимо этого, способность сохранять поляризацию введенного излучения также имеет предел. Таким образом, связанные с двулучепреломлением параметры являются наиболее важными при рассмотрении оптических волокон с двулучепреломлением. Эти параметры включают в себя: величину модового двулучепреломления (фазовое двулучепреломление), величину группового двулучепреломления (поляризационно-модовая дисперсия (ПМД)), дисперсию двулучепреломления, коэффициент экстинкции сохранения поляризации и Н-параметр.

Целью работы является комплексное исследование и модернизация метода прецизионной юстировки оптических волноводов с двулучепреломлением, разработка определенных инструкций для практического применения при сборке и настройке приборов, позволяющих учитывать различные нелинейные эффекты, влияющие на точность и качество юстировки волокон.

Для достижения цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Выбрать наиболее точный метод и собрать экспериментальный стенд, позволяющий производить юстировку оптических осей анизотропных волноводов.

2. Разработать теоретическую модель и математический аппарат для анализа поляризационных преобразований в оптическом тракте, состоящем из элементов с двулучепреломлением.

3. Экспериментально подтвердить полученные выводы теоретической модели для оценки величины поляризационных преобразований.

4. Исследовать поляризационно-оптические характеристики оптических волокон с двулучепреломлением, применяемых при производстве волоконно-оптических поляризационно-интерферометрических датчиков.

5. Исследовать явление дисперсии двулучепреломления и оценить ее влияние на точность юстировки осей анизотропии.

6. Измерить величину дисперсии для анизотропных одномодовых волокон с эллиптической напрягающей оболочкой.

7. Провести исследование влияния записи ВБР на поляризационные характеристики оптических волокон с двулучепреломлением.

Теоретические и экспериментальные исследования, представленные в работе, обладают научной новизной, поскольку получены следующие результаты:

• Впервые разработана методика юстировки оптических осей различных оптических волноводов с двулучепреломлением с учетом влияния эффекта дисперсии двулучепреломления на точность юстировки.

• Впервые предложена методика диагностики поляризационных характеристик многоэлементной оптической системы, состоящей из оптических волноводов с двулучепреломлением, с учетом нелинейного эффекта дисперсии двулучепреломления на основе метода широкополосной интерферометрии и поляризационно-интерференционной схемы интерферометра Майкельсона.

• Впервые предложена методика измерения дисперсии двулучепреломления для оптического волокна с эллиптической напрягающей оболочкой для повышения точности юстировки оптических осей волноводов с двулучепреломлением.

• Впервые предложена оригинальная оптическая схема волоконно-оптического датчика для измерения напряженности электрического поля.

• Впервые проведено исследование влияния волоконных брэгговских решеток, записанных в специальные фоторефрактивные оптические волокна с эллиптической напрягающей оболочкой, на поляризационные характеристики оптических волокон.

Практическое значение работы состоит в следующем:

• Разработан и испытан комплекс для соединения и юстировки волоконных и интегрально-оптических компонентов с двулучепреломлением для производства ВОГ на базе ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», подтвержденный выпуском конструкторской и технологической документации с присвоением децимальных номеров, на основе которой ведется сборка ВОГ.

• Разработана новая оптическая схема волоконно-оптического датчика для измерения напряженности электрического поля, и предложена методика юстировки оптических элементов чувствительного элемента датчика.

• Измерено значение дисперсии двулучепреломления для оптического волокна с эллиптической напрягающей оболочкой, изготовленного по ТУ ЯЕИЛ.48-2008, равное 0,05 пс/(нм-км), для повышения точности юстировки оптического волокна.

• Измерен и определен пороговый критический диаметр изгиба волокна, равный 40 мм, приводящий к снижению значения Н-параметра для оптического волокна с эллиптической напрягающей оболочкой, изготовленного по ТУ ЯЕИЛ.48-2008.

• На основе разработанной методики получена зависимость коэффициента экстинкции поляризации от коэффициента отражения на ВБР, записанных в ОВ с ДЛП

Защищаемые положения:

• Методика распределенной диагностики поляризационных характеристик распределенной многоэлементной оптической системы, состоящей из элементов с двулучепреломлением, с учетом эффекта дисперсии двулучепреломления на основе метода широкополосной поляризационной интерферометрии с помощью сканирующего интерферометра Майкельсона, обеспечивающая точность оценки коэффициента экстинкции преобразования поляризации до -70 дБ.

• Метод, позволяющий производить юстировку оптических осей различных оптических волноводов с двулучепреломлением с контролем точности до 0,02° с учетом влияния эффекта дисперсии двулучепреломления

• Математический аппарат, позволяющий производить расчет влияния дисперсии двулучепреломления на точность измерения углов рассогласования оптических осей различных волноводов с ДЛП.

• Метод юстировки анизотропных оптических элементов волоконно-оптических устройств с отражателями.

• Метод, обеспечивающий повышение точности выравнивания разности оптических длин ортогональных мод различных анизотропных элементов с отличающейся величиной двулучепреломления с контролем точности до центральной длины волны спектра используемого источника излучения.

• Оптическая схема, позволяющая компенсировать временную расходимость поляризационных мод в отдельных элементах схемы.

• Расчет, позволяющий учесть влияние записи ВБР в оптические волокна с двулучепреломлением на увеличение межмодового поляризационного преобразования.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на XIII Конференции молодых ученых «Навигация и управление движением» (Санкт-Петербург, Россия, 2011), доклад на секции «Чувствительные элементы инерциальных навигационных систем» был удостоен премии Анфиногенова за лучший доклад; на VII Всероссийской межвузовской конференции (Санкт-Петербург, Россия, 2011); на I и II Конгрессе молодых ученых (Санкт-Петербург, Россия, 2012, 2013), На VI и VII Международной конференции молодых ученых и специалистов «ОПТИКА-2011» и «ОПТИКА-2013» (Санкт-Петербург, Россия, 2011, 2013); на ХЬ, ХЫ, ХЫ1 научных и учебно-методических конференциях НИУ ИТМО (Санкт-Петербург, Россия, 2011, 2012, 2013); является победителем

8

конкурса грантов правительства Санкт-Петербурга 2011 года для студентов, аспирантов вузов и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга.

Внедрение результатов. Результаты данного исследования широко применяются для производства ВОГ и при разработке рабочих макетов различных типов гидроакустических антенн на ВБР на базе ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»; также результаты используются на кафедре световодной фотоники Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики при исследовании новых типов оптических волокон с двулучепреломлением и интегрально-оптических волноводов, а также при разработке новых типов волоконно-оптических датчиков поляризационно-интерферометрического типа.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 3 статьях, входящих в список ВАК. Полный список публикаций по теме диссертации приведен в конце автореферата и составляет 9 наименований.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех оригинальных глав и заключения, изложена на 116 страницах машинописного текста, содержит 88 рисунков и 1 таблицу, список цитированной литературы представлен 49 публикациями.

Глава 1. Обзор современной литературы

Раздел 1.1. Параметры оптических волноводов с линейным двулучепреломлением

Оптические волноводы с двулучепреломлением могут передавать линейно-поляризованное излучение через всю длину волновода и поэтому широко используются в области интерферометрических волоконно-оптических датчиков, а также в других поляризационно-чувствительных элементах. В одномодовом оптическом волокне симметричной относительно оси формы практически существует две отдельные моды с поляризацией по двум направлениям в плоскости поперечного сечения волокна (т. е. составляющие электрического поля ориентированы в этих направлениях). Моды в этих направлениях обозначаются НЕи НЕ£ (рис. 1.1) [1].

Рис. 1.1. Моды с ортогональной поляризацией в одномодовом оптическом волокне

Если волноводная структура симметрична, то обе моды с ортогональной поляризацией имеют одинаковую постоянную распространения и не различаются. Однако в реальных оптических волокнах за счет флуктуаций диаметра и других внешних возмущений вдоль волокна возникает осевая асимметрия, которая приводит к тому, что поляризация на выходе волокна имеет случайный характер. Решение проблемы сохранения поляризации достигается за счет создания асимметрии в структуре волокна под действием индуцированной механической напряженности материала,

которая приводит к возникновению модового двулучепреломления. Для интегрально оптических канальных волноводов существуют различные материалы, используемые в качестве подложки для создания волновода, наиболее популярным материалом является кристалл ниобата лития 1л№>03, он же по своей природе является анизотропным одноосным кристаллом, и эффект двулучепреломления будет определяться выбором направления для формирования волновода относительно оптической оси.

Двулучепреломление свидетельствует о наличии способности удерживать состояние поляризации при распространении излучения. Таким образом, связанные с двулучепреломлением параметры являются наиболее важными при рассмотрении ДЛП волноводов. Как известно, при внешних или внутренних воздействиях на оптическое волокно с ДЛП, неоднородностях показателя преломления в волокне, поперечных механических сжатиях, микроизгибах и при скручиваниях волокна, возникает перекачка оптической мощности между двумя ортогональными модами волокна на локальных неоднородностях, называемых точками преобразования поляризации. Точки преобразования поляризации снижают общий коэффициент экстинкции волокон с ДЛП и оптической системы в целом. Поэтому особенно важно контролировать возникновение дефектов при производстве волокна, монтаже и использовании в различных устройствах. Соответственно, измерение распределенных точек преобразования поляризации в оптических волокнах привлекает особое внимание [2].

При формировании интегральных волноводов в кристаллах в процессе изготовления могут возникать различные дефекты, связанные с качеством напыления и отжига кристалла, дефекты в масках в процессе литографии, формирование дополнительных покрытий поверх сформированных волноводов, которые могут приводить к возникновению различных локальных неоднородностей и, как следствие, эффектам рассеяния излучения или точечным дефектам анизотропии.

Существует два способа изготовления оптических волокон с ДЛП. Первый это изготовление волокон с сильно вытянутой эллиптической сердцевиной. Этот способ позволяет создать различие эффективных показателей преломления по осям эллипса. Возникает двулучепреломление, обусловленное геометрией. Одним из требований для успешного создания эффекта двулучепреломления является необходимость делать очень маленькую сердцевину для сохранения одномодового режима, которая приводит к недостаткам в виде низкой эффективности согласования оптических полей со стандартными волокнами. Другой вид это волокна напряженного типа, основанные на эффекте фотоупругости и либо использовании материалов в оболочке с отличающимся коэффициентом термического расширения, либо создании асимметрии материала заготовки с последующим осаждением и вытяжкой волокна [1,3]. Профили показателя преломления обоих видов волокон с анизотропией в разнообразных вариантах исполнения представлены на рис. 1.2 [2]. Рассмотрим основные параметры волноводов на примере оптических волокон с наведенным двулучепреломлением под действием сжатия. В кварцевой сердцевине волокна за счет эффекта фотоупругости возникает различие показателей преломления параллельно направлению сжатия и в ортогональном направлении. Различие в показателях преломления приводит к возникновению разницы скоростей распространения света между двумя собственными поляризационными модами волновода Ех Еу.

Для формирования таких световодов чаще всего используются структуры, показанные на рис. 1.2.

Элли rmi че скал сердцевина

Эллиптическая Вторичная эллиптическая оболочка оболочка

Галету к- б a ó о чка PANDA °"Т1Ш волокна

Рис. 1.2. Профиль показателя преломления в поперечном сечении существующих оптических волокон с

двулучепреломлением

Исходя из различных скоростей распространения, поляризационные моды имеют различные постоянные распространения, соответствующие «быстрой» и «медленной» поляризационным модам (рис. 1.3)

медленная ось

PANDA

Рис. 1.3. Обозначение положения «быстрой» и «медленной» анизотропных осей одномодового волокна

типа PANDA

При этом выделяют величину двулучепреломления как разницу постоянных распространения:

ЬР=РХ-РУ. (1-1)

где рх у = ^ пху постоянные распространения. Это выражение можно также записать в виде:

Ап = пх — пу. (1.2)

Исходя из выражения (1.1) получим:

27гДП

А/? = —-—. (1.3)

А

Одним из основных параметром световодов с двулучепреломлением является длина биений, характеризующаяся пространственным периодом, через который две ортогональные моды, распространяясь по собственным осям, приходят в фазе (рис.1.4.):

2п X

"-■¡ф-Тг, <">

Рис. 1.4. Периодическое изменение состояния поляризации в оптическом волокне с

• двулучепреломлением

Параметры Д/? и А характеризуют разность фазовых задержек обеих поляризованных мод. Временная разность групповых задержек мод обеих поляризованных волн (т.е. разность времени распространения сигналов)

(1.5)

называется дисперсией моды поляризованной волны. Обычно в ОВ с двулучепреломлением тр = 0,3 ...2,0 нс/км [3].

Поскольку малая длина биений (высокое двулучепреломление) в оптических волокнах хорошо «удерживает» введенную собственную моду, такие волокна могут использоваться для передачи линейной поляризации от одного устройства к другому. Такие волокна называются сильно-двулучепреломляющие или Hi-Bi волокна и применяются в различных поляризационно-зависимых устройствах и датчиках. Среднее значение длины биений в таких волокнах А = 1,5 -г- 5 мм.

В силу того, что на практике структура световодов с двулучепреломлением неидеальная, то на всем протяжении световодов возникает перекачка энергии из одной моды в другую, так называемые поляризационно-модовые преобразования. Усредненное значение величины преобразования, нормированное на единицу длины, определяют Н-параметром:

Ec = h-L, (1.6)

где Ес средняя интенсивность преобразованной моды в ортогональной оси световода, h - Н-параметр, L - длина световода.

Но поскольку поляризационное преобразование происходит взаимно и одновременно для обеих мод, то в конечном итоге произойдет полная деполяризация излучения. Характер средней интенсивности моды для больших длин при этом описывается следующей формулой:

Ec=\(l-e-2hL). (1.7)

Средние значения Н-параметра для современных оптических волокон с двулучепреломлением лежат в пределах h = 10~4-10~6м! [4].

Особым классом среди таких волокон выделяют одномодовые волокна с единственной поляризацией (Single-polarisation single-mode fiber (SPSM)) [2]. В такого типа волокнах две ортогональные моды имеют разную длину волны отсечки. Такого эффекта можно достичь либо созданием сильно эллиптичной сердцевины, либо сильным скручиванием Hi-Bi волокон.

В противоположность описанным выше оптическим волокнам с двулучепреломлением, передающим линейно-поляризованную моду с сохранением ее поляризации, существуют волокна, основанные на совершенно другом принципе и сохраняющие круговую поляризацию. В них используется разность постоянных распространения волны с правой круговой поляризацией (мода НЕ^г) и волны с левой круговой поляризацией (мода НЕобусловленная скручиванием оптического волокна. Такого типа волокна имеют название БРиТЧ-волокна. Эти волокна характеризуются разностью 5/? постоянных распространения моды НЕ*г и ЯЯ{"1? пропорционально степени скручивания (р оптического волокна [1]:

8(1 = - = 2а<р , (1.8)

где а - коэффициент, характеризующий вращение плоскости поляризации (для кварцевых стекол, а ~ 0,07).

Одним из преимуществ такого оптического волокна перед волокном с ДЛП является крайне малая дисперсия моды поляризованной волны

А/?

Трс = 2(1 — а)срТр (1,9)

По сравнению с оптическими волокнами механизм возникновения ДЛП интегрально-оптических волноводов отличен. Наиболее часто используемая технологии изготовления интегрально-оптических волноводов основана на методе диффузии титана в подложку кристалла ниобата лития ЫМЮз. Таким способом получаются качественные одномодовые волноводы с двулучепреломлением. Чаще всего такие волноводы применяют для создания модуляторов основанных на сильном эффекте Поккельса и различиях в показателях преломления оптических осей кристалла 1л№>03. Полученные таким способом волноводы в диапазоне окна прозрачности 1550 нм имеют показатель преломления для обыкновенной оси (медленной) 2,21, необыкновенной (быстрой) - 2,14. Таким образом, Ап = 0,073, что является достаточно высокой величиной двулучепреломления в сравнении с Н1-В1 волокнами [4].

Следует заметить, что величина двулучепреломления в оптических волноводах меняется в зависимости от внешних воздействий, таких как механические, электромагнитные и, в значительной мере, температурные воздействия.

Раздел 1.2. Использование оптических волокон с ДЛП в оптических системах

Оптическое волокно достаточно широко используется в построении волоконно-оптических фазово- и поляризационно-интерферометрических датчиков. Разделить их можно на 2 класса. Первые, фазовые, основаны на изменении абсолютной фазы распространяющегося излучения одной из собственных поляризационных мод, второй тип, поляризационные, основан на возникновении разницы фаз между двумя собственными ортогональными поляризационными модами, которые можно представить, по аналогии, как два независимых плеча интерферометра Маха-Цендера.

Основная задача поляризационно-интерферометрических датчиков максимизировать соотношение сигнал/шум, который подразумевает под собой создание максимальной разницы фаз под воздействием поля и одновременное снижение флуктуаций поляризации, приводящих к возникновению шума.

Рассматривая поляризационные датчики, можно выделить четыре категории волоконно-оптических датчиков [3]:

1. Точечные датчики (измерение поля в локальной точке).

2. Квази-распределенные датчики (измерение в нескольких заранее определенных точках).

3. Распределенные датчики (измерение внешних воздействий в любой точке вдоль волокна с определенной разрешающей способностью).

4. Интегрирующие датчики (датчики, в которых эффект от внешнего воздействия в разных точках волокна суммируется).

Рассмотрим работу перечисленных видов датчиков.

К точечным датчикам можно отнести датчики на основе интерферометра Маха-Цендера, который содержит два плеча в виде оптического волокна, при этом одно из них является измерительным, второе опорным. Интерференция возникает при изменении показателя преломления оси рабочей поляризации в измерительном плече оптического волокна с ДЛП под воздействием таких внешних факторов, как температура, давление, сила натяжения волокна и т.п.

В качестве примера квази-распределенных датчиков можно привести волоконно-оптические датчики на ВБР.

Волоконные брэгговские решетки основаны на эффекте фоточувствительности, при котором в материале под действием актиничного излучения происходит локальное изменение показателя преломления. Распространенный на сегодняшний день способ записи ВБР в оптическое волокно при помощи УФ эксимерного лазера и интерференционной схемы Тальбота представлен на рис. 1.5 [5]. Таким образом, периодическое изменение показателя преломления записывается вдоль волокна на расстояние, которое может изменяться от нескольких миллиметров до десятков сантиметров.

Излучение

Цилиндрическая I линза

ФМ

Зеркало

Зеркало

Волокно

Рис. 1.5. Один из методов записи ВБР в схеме с интерферометром Тальбота

Полученная таким способом пространственная модуляция показателя преломления в световедущей части волокна работает как резонансный отражатель в соответствии с условием Брэгга:

Лв = 2 пА, (1.10)

где Лв - спектральная длина волны отражения излучения; Л - период ВБР;

п - эффективный показатель преломления волокна. В примере на рис. 1.6 можно видеть вариант использования ВБР для регистрации температуры или давления в каждой точке расположения ВБР [3]. Набор ВБР, расположенных вдоль оптического волокна, селективно отражает определенную длину волны, и при использовании широкополосного источника результирующий сигнал будет содержать набор пиков отражения, каждый из которых соответствует конкретной решетке. При этом по каждой ВБР можно контролировать внешнее воздействие на решетку.

ЕЬЕЭ

1550 нм \ЛЮМ \Л/8

разветвитесь разветвитесь

EI.EC

1330 нм

¿1

-Ж

г

Спектро-анализатор

Фотодетектор

Отраженный сигнал от ВБР

_¡1

<4

Длина волны

массив ВБР

А

Рис. 1.6. Волоконно-оптическая схема регистрации сигналов отражения ВБР

Интегрирующий тип датчиков подразумевает под собой использование оптического волокна как среды передачи, в которой действие

внешнего воздействия аккумулируется. К примеру, действие магнитного поля, создаваемого электрическим проводником с током, создает эффект Фарадея, заключающийся во вращении на угол ДФ циркулярной поляризации распространяющегося излучения по оптическому волокну, кратный величине магнитного поля и длине оптического волокна Ь.

Дф = У ¡^Н-сИ, (1.11)

где V - постоянная Верде величина, характеризующая магнитное вращение плоскости поляризации в веществе, Н - напряженность магнитного поля,

Линейная Одномодовое

поляризация оптическое магнитное поле

лазер к волокно __ -Е» Л-г

/ ___

п / форма осцилляции

Поворот плоскости , // /\

1 ( ( })) | / \ . тока в проводнике

поляризации к. V V У//, -^ <-

X „ '

ТА выходной проводник с током

сигнлл

Поляризационный детектор

Рис. 1.7. Конфигурация простейшего ВОДТ

На этом эффекте основан принцип действия волоконно-оптического оптического датчика тока (ВОДТ). Простейшим вариантом ВОДТ на эффекте Фарадея является поляриметрический тип датчика (рис. 1.7). Под действием магнитного поля, создаваемого проводником с током, происходит поворот плоскости поляризации света на соответствующий угол.

Другим видом датчика является интерферометр Саньяка, на основе которого строится волоконно-оптический гироскоп. Гироскоп - важнейший прибор для навигации судов и автоматического управления полетом. Обычный гироскоп основан на сохранения момента импульса металлического ротора, при этом требуется значительное время для

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Аксарин, Станислав Михайлович, 2014 год

Список литературы

1. Окоси, Т., Волоконно-оптические датчики / Окоси Т., Окамото К., Оцу М.,

Нисихара X., Кюма К., Хататэ К. // JL - Энергоатомиздат. - 1990.

2. Kumar, A. Polarization of light with applications in optical fibers / Arun

Kumar, Ajoy Ghatak // SPIE. - 2011.

3. Rogers, A., Polarization in Optical Fibers // Artech house. - 2008.

4. Lefevre, H., Fiber-optic gyroscopes // Artech house. - 1993.

5. Варжель, C.B. Брэгговские дифракционные структуры для волоконно-

оптических измерительных систем // дис. канд. ф.-м. наук. - 01.04.05. СПб.-2012.

6. Шереметьев А.Г. Волоконно-оптический гироскоп. -М.: Радио и связь,

1987.

7. Патент РФ, № 2152001, G01C19/00, 2000.06.27, Логозинский В.Н.,

Сафутин И.М., Соломатин В.А., ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП.

8. Патент РФ, № 2444704, G01C19/7, 2012.03.21, АлейникА.С.,

Мешковский И.К., Стригалев В.Е., ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ГИРОСКОП.

9. Лиокумович, Л.Б. Волоконно-оптическая поляризационно-

интерферометрическая схема с двумя электрооптическими модулями для регистрации электрического поля / Л.Б. Лиокумович, А.В. Медведев, В.М. Петров // Материалы выступления на 22 международной конференции «Лазеры. Измерения. Информация». - 2012.

10. Иродов, И.Е. Волновые процессы. Основные законы, учебное пособие для вузов . -2-е изд., доп. // М. - БИНОМ. - 2004. - С. 180

11. Westbrook, P. S. In-Line Polarimeter Using Blazed Fiber Gratings / P.S. Westbrook, T.A. Strasser, T. Erdogan // IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS. - 2000. - V.12. - №10. - P. 1352-1354.

12. Wenxin Zheng. Auto- aligning and Splicing PM-Fibers of Different Types with a Passive Method / Wenxin Zheng // SPIE Proceedings, Fiber Optic Gyros: 20th Anniversary Conference. - 1996. - V.2837. - P. 356-367.

13. Blake, J. In-Line Sagnac Interferometer Current Sensor / J.Blake, P. Tantaswadi, R.T. de Carvalho // IEEE Transaction on Power delivery. -1996. -V.ll.-№1.-P.l 16-121.

14. Патент РФ, №2433414, G02B6, G01R15/24, 2011.11.10, МешковскийИ. К., Стригалев В.Е., Тараканов С.А., ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ТОКА.

15. Аксарин, С.М. Методика и аппарат исследования локальных преобразований в оптических волокнах с двулучепреломлением / С.М. Аксарин, В.Е. Стригалев // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. - 2012. - В.2. - С.44-45.

16. Шрамко, О.А. Метод исследования зависимости h-параметра анизотропного световода от радиуса изгиба / О.А. Шрамко, А.В. Рупасов, Р.Л. Новиков, С.М. Аксарин // Научно-Технический вестник информационных технологий механики и оптики. - 2014. - № 1(89). -С.26-30.

17. Аксарин, С.М. Исследование зависимости параметров анизотропных одномодовых волоконных световодов от диаметра намотки / С.М. Аксарин, С.В. Архипов, С.В. Варжель, А.В. Куликов, В.Е. Стригалев // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. - 2013. - № 6(88). - С. 22-26.

18. Feng Tang. Characterization of birefringence dispersion in polarization-maintaining fibers by use of white-light interferometry / Feng Tang, Xiang-zhao Wang, Yimo Zhang, Wencai Jing // Applied Optics. - 2007. - V. 46. - № 19.-P. 4073-4080.

19. Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика // М. - Мир. - 1996.

20. Hlubina, P. Dispersion of group and phase modal birefringence in elliptical-core fiber measured by white-light spectral interferometry / P. Hlubina,

T. Martynkien, W. Urba nczyk // Optics Express. - 2003. - V. 11. - № 22. - P. 2793-2798.

21.Tianhua Xu. Influence of birefringence dispersion on a distributed stress sensor using biréfringent optical fiber / Tianhua Xu, Wencai Jing, Hongxia Zhang, Kun Liu, Dagong Jia, Yimo Zhang, Influence of birefringence dispersion on a distributed stress sensor using biréfringent optical fiber // Optical Fiber Technology. - 2009. - V. 15. - P. 83-89.

22. Аксарин, C.M. Исследование влияния дисперсии двулучепреломления на точность углового согласования поляризационных мод оптических волноводов волоконно-оптического гироскопа / С.М. Аксарин, В.Е. Стригал ев // Сборник трудов VII международной конференции молодых ученых и специалистов «ОПТИКА - 2011». - 2011. - С.480-481.

23. Аксарин, С.М. Исследование пространственного распределения выходного оптического излучения полосковых волноводов, выполненных на основе ниобата лития / С.М. Аксарин, О.А. Шрамко, И.Г. Дейнека, М.Ю. Плотников, А.В. Рупасов // Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых. - 2011. - В.2. - С.397.

24. Donal A. Flavin. Dispersion of birefringence and differential group delay in polarization-maintaining fiber / D.A. Flavin, R. McBride, J.D.C. Jones // Optics Letters. - 2002. - V. 27. - № 12. - P. 1010-1012.

25. Feng Tang. Distributed measurement of birefringence dispersion in polarization-maintaining fibers / Feng Tang, Xiang-zhao Wang, Yimo Zhang, Wencai Jing. // Optics Letters. - 2006. - Vol. 21. - № 23. - P. 3411-3413.

26. Смоловик, M.A. Применение электрооптических методов измерений в волоконно-оптических датчиках высоких напряжений / М.А. Смоловик, Ф.А. Шуклин, А.Н. Никитенко, А.С. Алейник, С.М. Аксарин, И.Г. Дейнека // Сборник трудов II Всероссийского конгресса молодых ученых. - 2013. - С. 189-195.

27. Nicolas, A.F. Optics Pockels Cell High-Voltage Sensor / A.F. Nicolas, Jaeger, Farnoosh Rahmatian // IEEE Transactions on Power Delivery. - 1995. - V.10. .-№ 1. .-P.127-134.

28. Guti'errez-Mart'inez, C. Modeling and experimental electro-optic response of dielectric lithium niobate waveguides used as electric field sensors / C. Guti'errez-Mart'inez,, J. Santos-Aguilar, R. Ochoa-Valiente, M. Santiago-Bernal, A. Morales-D'iaz // Meas. Sci. Technol. - 2011. - V.22. - №3.

29. Craig Michie, Polarimetric Optical Fiber Sensors

30. Kenuchi Iga, Yasuo Kokaqbun, Encyclopedic handbook of integrated optics / Kenuchi Iga, Yasuo Kokaqbun, // CRC Press Taylor & Francis Group, 2006

31. Аксарин C.M., Варжель C.B., Стригалев B.E., Куликов А.В., Варламов А.В. Определение оптических потерь при стыковке световодов с различным диаметром модового поля. Научно-Технический вестник информационных технологий механики и оптики 2013. - № 2(84). - С. 2326

32. Олехнович, P.O. Поиск путей создания волоконно-оптического гироскопа повышенной чувствительности // дис. канд. т. наук. -05.11.01. СПб.-2010.

33. Киреенков, А.Ю. Исследование поляризационных характеристик волоконных решеток Брэгга, индуцированных в двулучепреломляющем оптическом волокне с эллиптической напрягающей оболочкой /

A.Ю Киреенков, С.М. Аксарин, С.В. Варжель, А.С. Мунько // Сборник трудов VIII международной конференции молодых ученых и специалистов «ОПТИКА - 2013». - 2013.

34. Варжель, С.В. Запись узкополосных волоконных брэгговских отражателей одиночным импульсом эксимерного лазера методом фазовой маски / С.В. Варжель, А.В. Куликов, В.А. Асеев, B.C. Брунов,

B.Г. Калько, В.А. Артеев // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. -2011.-№75.-С. 27-30.

35. Варжель, C.B. Запись брэгговских решеток в двулучепреломляющем оптическом волокне одиночным 20-нс импульсом эксимерного лазера / C.B. Варжель, A.B. Куликов, И.К. Мешковский, В.Е. Стригалев // Оптический журнал. - 2012. - Т. 79. - № 4. - С. 85-88.

36. Meshkovskiy, I. К. Bragg Gratings Induced in Biréfringent Optical Fiber with an Elliptical Stress Cladding / I.K. Meshkovskiy, V.E. Strigalev, A.V. Kulikov, S.V. Varzhel' // Journal of Photonics. - 2013. - V. 2013, 4 pages.

37. Ероньян, M. А. Тонкие анизотропные одномодовые волоконные световоды с эллиптической напрягающей оболочкой / М.А. Ероньян, A.B. Комаров, Ю.Н. Кондратьев, Е.И. Ромашова, М.М. Серков,

A.B. Хохлов // Оптический журнал. - 2000. - Т. 67. - № 10. - С. 104-105.

38. Буреев, C.B. Технология крупногабаритных заготовок анизотропных одномодовых световодов с эллиптической оболочкой / C.B. Буреев, К.В. Дукельский, М.А. Ероньян, П.А. Злобин, А В. Комаров, Л.Г. Левит,

B.И. Страхов, A.B. Хохлов // Оптический журнал. - 2007. - Т. 74. - № 4. -

C. 85-87.

39. Артеев, В. А. Распределенный волоконно-оптический датчик акустического давления на брэгговских решетках / В. А. Артеев, С. В. Варжель, А. В. Куликов // Сборник трудов VII международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика - 2011». - СПб: НИУИТМО. - 2011. - С. 509-510.

40. Аксарин, С.М. Уменьшение оптических потерь на сварке анизотропных световодов путем оптимизации ее параметров / С.М. Аксарин, В.А. Артеев, А.Ю. Киреенков // Сборник трудов II Всероссийского конгресса молодых ученых. - 2013. -С. 11-13.

41. Аксарин, С.М. Определение оптических потерь при стыковке световодов с различным диаметром модового поля / С.М. Аксарин., C.B. Варжель, В.Е. Стригалев, A.B. Куликов, A.B. Варламов // Научно-Технический вестник информационных технологий механики и оптики. - 2013. - № 2(84).-С. 23-26.

42. Ярив, А. Оптические волны в кристаллах / Ярив А., Юх П., // М.: Мир. -1987. с. 238-257

43. Barnoski, М. К. Fiber waveguides: a novel technique for investigating attenuation characteristics / M.K. Barnoski, S.M. Jensen // Applied Optics. -1976.-V. 15.-P. 2112-2115.

44. Аззам P., Башара H., Эллипсометрия и поляризованный свет // М. - Мир. - 1981.М.М. Серков, А.В. Хохлов // Оптический журнал. - 2000. - Т. 67. -№ 10.-С. 104-105.

45. Буреев, С.В. Технология крупногабаритных заготовок анизотропных одномодовых световодов с эллиптической оболочкой / С.В. Буреев, К.В. Дукельский, М.А. Ероньян, П.А. Злобин, А В. Комаров, J1.T. Левит,

B.И. Страхов, А.В. Хохлов // Оптический журнал. - 2007. - Т. 74. - № 4. -

C. 85-87.

46. Артеев, В. А. Распределенный волоконно-оптический датчик акустического давления на брэгговских решетках / В. А. Артеев, С. В. Варжель, А. В. Куликов // Сборник трудов VII международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика - 2011». - СПб: НИУИТМО. - 2011. - С. 509-510.

47. Аксарин, С.М. Уменьшение оптических потерь на сварке анизотропных световодов путем оптимизации ее параметров / С.М. Аксарин, В.А. Артеев, А.Ю. Киреенков // Сборник трудов II Всероссийского конгресса молодых ученых. - 2013. -С. 11-13.

48. Аксарин, С.М. Определение оптических потерь при стыковке световодов с различным диаметром модового поля / С.М. Аксарин., С.В. Варжель, В.Е. Стригалев, А.В. Куликов, А.В. Варламов // Научно-Технический вестник информационных технологий механики и оптики. - 2013. - № 2(84).-С. 23-26.

49. Ярив, А. Оптические волны в кристаллах / Ярив А., Юх П., // М.: Мир. -1987. с. 238-257