互易性光学量对FMOCT输出光偏振态的联合影响

提出了用于大电流测量的法拉第镜式光学电流互感器方案.采用琼斯矩阵分析了互易性光学量联合作用对法拉第镜式光学电流互感器输出光偏振态的影响,做了计算机仿真验证；利用椭率概念定量分析了输出偏振光的椭圆退化问题,计算了输出光椭率与互易性光学量的关系；在输出光的椭圆退化问题上与单层保偏膜式光学电流互感器方案进行了对比.结果表明,在互易性光学量联合作用的条件下,法拉第镜式光学电流互感器的输出光仍保持线偏振状态,这将改善由温度引起的互易性光学量变化对系统工作稳定性的影响.     

无偏振效应分束器反射相移对法拉第镜式光学电流互感器输出光偏振态的影响

线性双折射和反射相移使光学电流互感器输出光偏振态产生椭圆退化并导致灵敏度降低,法拉第镜式光学电流互感器可以有效解决椭圆退化问题。无偏振效应分束器是构成该方案的核心器件,为了准确掌握无偏振效应分束器的性能和作用,用琼斯矩阵建立了无偏振效应分束器和法拉第镜式光学电流互感器的矩阵模型。分析了无偏振效应分束器反射相移对系统输出光偏振态的影响。提出无偏振效应分束器反射相移的测量方案并测出其常温下的实际值为5.02°,绘制了温度实验曲线。用MathCAD软件仿真了系统输出光偏振态图,并分析了椭率与无偏振效应分束器反射相移的关系。指出计量0.2级光学电流互感器所允许的反射相移漂移范围要小于0.1%。所得结果可为光学电流互感器的实用化研究提供参考。     

光电子技术与器件 光学传感、传感器

TM452.932006010555线性双折射对法拉第镜式光学电流互感器输出影响的理论分析=Theoretical analysis of the effects of linear bire-fringence on the output of a Faraday mirror-typed opticalcurrent transformer[刊,中]/王政平(哈尔滨工程大学理学院.黑龙江,哈尔滨(150001)),刘晓瑜…∥哈尔滨工程大学学报.—2005,26(5).—688-692从理论上推导并分析了线性双折射及入射起偏角对法拉第镜式光学玻璃电流互感器输出特性的影响,给出了法拉第镜式光学玻璃电流互感器在非理想状态下线性双折射及入射起偏角对系统输出电压的调制函数的数学…     

光学电流互感器中线性双折射与法拉第效应的分离检测

分析了线性双折射对光学电流互感器(OCT)电压输出的影响,指出了差除和信号处理方案检测输出光信息的不完备性问题,用琼斯矩阵理论证明了差除和方案不能独立检测块状玻璃传感头中线性双折射的结论。提出了光学电流互感器的椭偏检测方案,从椭圆偏振光参量方程出发,推导了温致线性双折射、法拉第旋转角与输出椭圆偏振光椭率、倾角之间的解析式,证明了椭偏检测法对输出光信息检测的完备性,实现了温致线性双折射和待测电流的同时测量。为保证实时性,提出了输出椭圆光的三态检测方案,采用水平、垂直和45°三个偏振态的实时检偏,既克服了线性双折射的影响又实现了待测电流的实时测量,从检测原理上解决了温致线性双折射对光学电流互感器的影响。     

三相光学电流互感器中的光耦合器

三相光学电流互感器是以Faraday磁光效应为基础,以电力系统三相电流为测量对象的新型电力计量装置,它在电力系统计量和继电保护中具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力,本文论述了三相光学电流互感器的基本原理,重点分析了系统中光耦合器性能改变对三相光学电流互感器的影响,为三相光学电流互感器的建立、系统中光耦合器的选择和数据处理方法提供理论指导.     

光学平衡桥式电流互感器的设计

为了消除传感头随温度变化的线性双折射对光学电流互感器性能的影响,提出了光学平衡桥式电流互感器的概念,并给出了设计原理.推导了与温度有关的线性双折射导致的线偏振光方化角变化量的解析式,并计算了用1/2波片来消除线性双折射影响时波片光轴的方向.给出了光学平衡桥的工作原理和信号处理的方法,推导出计算电流的表达式.进行了实验研究,螺线管电流为2 A,温度在20℃-65℃范围变化时,所设计互感器的输出误差在2.96%以内.提出的光学平衡桥式电流互感器,解决了原有方法存在的线性双折射随温度变化对测量精度影响的难题,有利于促进光学电流互感器的实用化进程.     

基于法拉第磁光效应的电流方向测量研究

为解决法拉第磁光效应测量电流方向问题,利用法拉第效应原理搭建了测量电流方向的实验系统,研究不同方向电流作用下的磁致旋光特性,测量了不同方向的电流与光传播方向、光旋转角度之间的关系,实验结果表明:迎着光观测,出射线偏振光的旋光方向表现为右旋时,相应的电流方向沿光传播方向;当出射线偏振光的旋光方向表现为左旋时,相应的电流方向与光传播方向相反。实验结果与理论相符,对指导设计同时可以测量电流大小和方向的光学电流互感器等法拉第磁光器件具有重要的应用价值。     

光学玻璃电流互感器中互易性问题的理论研究

针对“折返式光路在可使Faraday效应加倍的同时消除线性双折射的影响”的说法，导出了具有折返光路的正交共轭反射式（OCR式）、直接反射式（DR式）及屋脊棱镜反射式（RPR式）光学电流传感器模型的等效传输矩阵.结果表明，当不存在法拉第效应时，OCR式折返光路可以消除线性双折射影响,DR式以及RPR式折返光路不能消除线性双折射的影响；在法拉第效应与双折射同时存在时情况下，上述三种折返光路都不能消除线性双折射的影响.因此，这一说法至少在采用惯常的差除和信号处理方案的光学玻璃电流互感器中是否成立有待商榷.     

光电子技术与器件 光学传感、传感器

TM452．93 2005064339 法拉第镜式光学电流互感器原理=Principle of Faraday mirror typed optical current transformers[刊,中]/王政平 (哈尔滨工程大学理学院．黑龙江,哈尔滨(150001)),康崇 …∥哈尔滨工程大学学报．-200s,26(3)．-398-401 提出了利用法拉第镜构成的具有互易传感光路的法     

磁性流体薄片高电压电流光学测量的研究

研究一种用磁性流体薄片对高压电流进行光学测量的电流传感器。设计原理基于磁性流体的光透射率随垂直磁场强度的变化而变化的关系。磁性流体受到垂直外磁场作用,原先无序的磁性颗粒将凝聚在一起形成条条磁链,从而引起磁性流体的光透射率的变化。采用磁性流体作为传感媒介设计的传感结构避免了基于法拉第效应的光磁式电流互感器对环境干扰敏感造成信噪比不高和传统的电磁式电流互感器的高压绝缘的缺陷。通过改变磁性流体的浓度和基液,或者改变传感头的结构,来达到实际需要的传感灵敏度和响应时间。     

Reciprocity of Faraday effect in ferrofluid: Comparison with magneto-optical glass

The transmission light intensity method is carried out on a classical platform to study the reciprocity of Faraday effect in water-based Fe₃O₄ ferrofluid and its diluents. Setting the polarization direction of the analyzer at an angle of 45° to that of the polarizer, the switchable DC magnetic field and the alternating magnetic field are imposed to ferrofluid. The ferrofluid film is replaced by magneto-optical glass for contrastive experiments. The results indicate that ferrofluid is different with magneto-optical glass. Even though the direction of magnetic field is reversed, the rotation direction of the polarized light does not change for ferrofluid. The theoretical model of magneto-optical rotation was used to describe the origin of the reciprocity of Faraday effect in ferrofluid and the non-reciprocity in magneto-optical glass. These findings suggest that the magnetic moments of nanoparticles in ferrofluid tend to the same orientation with the magnetic field because of the rotation of particles.     

基于光偏振旋转效应的碱金属气室原子极化率测量方法及影响因素分析

利用原子自旋效应能够实现超高灵敏度的惯性和磁场测量。一类操控原子自旋处于无自旋交换弛豫态的器件可以进行物理参数测量。碱金属气室为该类器件的敏感表头。碱金属原子密度与原子极化率是碱金属气室的重要参数,对研究原子自旋处于无自旋交换弛豫态有着重要的作用。光的偏振效应在量子计算和原子物理研究中发挥了重要作用。利用光的偏振效应能够实现对碱金属原子密度与原子极化率的检测。提出一种基于光偏振旋转效应的碱金属原子极化率测量方法。首先对碱金属气室加恒定磁场,利用激光作为检测光,根据光偏振旋转原理,检测通过气室的偏振光的法拉第旋转角,得到碱金属气室原子密度。然后将碱金属原子抽运,利用激光作为检测光,检测通过气室的偏振光的偏转角,得到碱金属原子极化率。该方法在测量原子极化率的过程中也测量了碱金属原子密度,实现利用一套系统测量两个重要参数,具有快速测量和高灵敏度等特点,简化了实验设备及过程。对两种偏转角进行仿真分析,得到该方法实验时检测激光波长变化对偏转角的影响,根据仿真图得到检测激光波长的可取范围,验证了该方法的可行性。最后分析激光器波长波动与磁场波动对其测量精度的影响,提出实验对激光器与磁场的要求。     

Magneto-optical activity of a one-dimensional photonic crystal with a magnetic defect

The influence of a magnetic defect on the field distribution and magneto-optical properties of a one-dimensional photonic crystal has been investigated. It has been shown that the maximum localization of the wave field in the defect layer is achieved in an asymmetric photonic crystal structure. A greater Faraday rotation, which significantly exceeds the angle of rotation of the polarization plane in an isolated magnetized layer, and a higher degree of localization of the wave field can be achieved when the magnetic layer is surrounded by layers of photonic crystal mirrors with a lower refractive index. An increase in the Faraday rotation angle is determined not only by an increase in the thickness of the magnetic defect but also by a symmetric increase in the number of periods in the photonic crystal mirrors.     

一种完整测量膜片法拉第效应和损耗的方法

提出了一种能完整测量零锁区激光陀螺法拉第偏频组件中旋光膜片的法拉第旋光效应和超低损耗的方法和自动测量系统.该方法利用双光路正交分解平衡测量原理,通过测量两柬光光强平衡时起偏器的偏振方向来确定旋光膜片的法拉第转角和超低损耗.测量结果表明:系统对法拉第转角的测量分辨率小于0.9",损耗测量分辨率为10 ppm,环境温度的波动对法拉第转角的测量变化很小,但对膜片超低损耗测量影响很大,温度变化8.1 K,膜片损耗测量值变化一个周期.实验及结果证明,该系统能满足超高精度测量的要求.     

法拉第调制技术在微小旋转角检测中的应用

在外磁场中的碱金属原子蒸汽在光泵浦的作用下变成非线性介质,线偏振光经过这种介质时会变成椭圆偏振光,且椭偏光的主轴相对于入射偏振光的偏振面会产生一个微小的旋转。分析了碱金属原子能级结构和在光泵浦下产生的二向色性及其对探测偏振激光的偏振面旋转情况,并介绍了法拉第调制技术对这种旋转的测量方法,得到探测光强与旋转角的关系表达式,可以实现10^-7 rad量级的小角度检测。     

Magnetic field effects on coherent backscattering of light

We have studied the influence of magneto-optical Faraday rotation on coherent backscattering of light experimentally, theoretically and by computer simulations of Monte-Carlo type. The consistency of these three approaches reveals new aspects of the propagation of vector waves in turbid media with and without Faraday rotation. Experimentally, we have demonstrated that the Faraday rotation may almost completely destroy the reciprocity of light paths. However, as shown by the simulations, the cone of coherent backscattering may not only be destroyed but also shifted off the exact backscattering direction, parallel to the magnetic field, as long as the amount of circular polarization is not completely destroyed by the multiple scattering. The relationship between coherent backscattering, depolarization and Faraday rotation are explained by a simple path model of vector waves. This leads to a new characteristic correlation length required to properly describe the influence of Faraday rotation on multiple light scattering. Received 28 January 2000     

基于法拉第效应的空间电磁场测量的方向性研究

为了解决空间电磁场测量中的方向性问题,提出了三维测量和同时测量横、纵向磁场的两种方案.利用琼斯矩阵对三种晶体实例(TbY)IG、Ce:YIG和YIG进行误差计算和仿真,并对MR4磁光玻璃的方向性进行实验测试,理论和实验都证明采用三维测量的方法是可行的.对于第二种方案,利用琼斯矩阵进行公式推导得出椭圆偏振光的方位角、椭偏角与法拉第旋转角、磁致线双折射的数值关系,证明了同时测量横向和纵向磁场分量的可行性.     

电磁感应透明介质中非线性法拉第偏转

利用多重尺度法,解析地研究了V型五能级超冷原子电磁感应透明介质中弱的线偏振探测光的传播特性. 结果表明,仅考虑系统的线性效应,随着耦合光强度的增加,介质对探测光的吸收迅速减少,而探测光的传播速度逐渐增加,但比真空中的光速要低若干个数量级. 同时发现,在相同的外加磁场下探测光的非线性法拉第偏转方向与线性法拉第偏转相反,且偏转角更大. 这说明电磁感应透明介质中探测光的法拉第偏转主要是由系统的非线性效应调控. 关键词： 电磁感应透明 非线性法拉第偏转