利用锗酸铋晶体的电光补偿型光学应力传感器

利用锗酸铋(BGO)晶体的弹光双折射与电光双折射可以相互补偿的特性,设计并研究了一种新型光学应力传感器。折射率椭球分析结果表明,在垂直于BGO晶体的(111)晶面方向上同时施加应力和电场,晶体的弹光双折射能够被电光双折射所补偿,因而可以实现应力的闭环光学测量。光学传感单元主要包括两个棱镜偏振器和一块平行四边形的BGO晶体,该晶体自身能够通过对光波的两次全反射产生0.5π的光学相位偏置,因而不需要附加四分之一波片。实验测量了30kPa以内的压缩应力,被测压缩应力与补偿电压之间具有较好的线性关系,且每1kPa压缩应力所需要的补偿电压约为4.26V。     

法拉第磁光效应与电致旋光效应互补特性实验

利用单块钼酸铅(PbMo_O4,PMO)晶体,实验验证了法拉第磁光效应与电致旋光效应的互补特性.该实验的教学意义在于使学生通过实验理解这两个光学效应的共同本质属性,即它们均属于外场致偏振旋光调制.实验装置主要包括两个偏振器、钼酸铅晶体及其调制电压源和电流源;当将相位相反的交流调制电流和电压同时施加于钼酸铅晶体时,实验观测到磁光调制和电致旋光调制具有相互补偿的特性,其补偿电压约为0.541 kV/A.     

利用石英晶体的线性电光和电致旋光强度调制

提出并实验研究了利用石英晶体自身特性产生光学偏置的线性电光调制器。利用某些电光晶体的自然旋光性和自然双折射,并合理设计晶体尺寸及其晶轴与光传播方向之间的夹角,可以提供所需要的光学偏置以实现大动态范围的线性电光调制。对于兼有电光和电致旋光效应的晶体,例如石英晶体,应考虑综合利用这两种效应对电光调制的贡献。实验研究了一块石英晶体的电光强度调制特性,在27V～4.5kV工频调制电压范围内,调制输出信号与调制电压之间的线性相关系数大于0.9999。     

旋光-电光晶体的电光调制特性及π-电压

分析旋光-电光晶体的电光相位以及强度调制特性,并定义晶体的π-电压。对于具有旋光性的电光晶体,以往半波电压的概念不能准确描述其电光偏振、强度调制的周期性,因而引入π-电压这一概念,并将其定义为此类晶体的椭圆双折射相位延迟变化量等于π时所需要的调制电压。对于置于两个偏振器之间的旋光-电光晶体强度调制器,旋光性可以为电光强度调制提供光学偏置,但调制光强度是调制电压的偶函数,只有当检偏器的主透光方向平行或垂直于晶体出射线偏振光波的偏振方向时,才能实现完全的电光开关。当将此类晶体用于电光开关时,可定义能够实现完全开关状态转换所需要的最大调制电压为开关电压。通过实验测量了一块尺寸为6 mm×4 mm×2.9 mm的硅酸铋(Bi_(12)SiO_(20))晶体的π/4-电压,对于635 nm的光波长,π/4-电压约为3 kV。对于具有旋光性的弹光调制器,可以引入π-应力和π-应变的概念。     

硅酸铋晶体内电光、磁光相互作用的耦合波分析及其传感应用

通过建立并求解硅酸铋(BSO)晶体内电光、磁光相互作用的耦合波方程,得到了BSO晶体的偏振传递函数,由此分析了BSO晶体内偏振光的周期性变化规律,并给出直接描述外加电场、磁场对偏振光作用的琼斯矩阵和米勒矩阵.最后设计了一种基于BSO晶体的电压、电流同时传感系统.     

适用于任意电场分布和传播方向的电光器件仿真方法

提出了1种通用的三维电光器件仿真方法。该方法将有限元电场分析和电光效应耦合波理论相结合,通过求解电光器件的琼斯矩阵,计算了任意光传播方向和任意电场分布下的电光调制特性。以横向调制的Bi4Ge3O12(BGO)晶体光学电压传感器(OVS)为例,对该方法进行了详细说明。讨论了Bi_4Ge_3O_(12)晶体内的非均匀电场及光路偏移对测量精度的影响,给出了在不同的精度等级条件下的最大允许光路偏移。该方法为光学电压传感器和其他电光器件的设计和性能评估提供了参考依据。     

光学电功率传感器研究综述

综述了现有各种光学电功率传感器的传感机理和主要特点,提出了电功率传感器研究中存在的问题、方法和研究方向。光学电功率传感器一般具有测量范围大、响应频带宽和电气绝缘能力强等优点。根据光载波中是否含有电功率调制信号,可将光学电功率传感器分为直接调制型和间接调制型两类;与光学电压、电流传感信号相比,直接调制型光学电功率传感信号更加微弱,且其有功功率传感信号为直流信号,易与光载波强度波动混淆。对于单晶体型电功率传感器,一般要求传感介质兼具线性电光、磁光效应,或者具有双横向电光Pockels或Kerr效应;此外,选择传感介质时应全面考虑其多重光学效应及其相互关系,并应考虑如何避免或抑制传感信号的温度漂移。光学电功率传感器在智能电网、微波功率及电磁脉冲功率测量等领域具有潜在的应用前景。     

铁电单晶(KxNa1-x)0.4(SryBa1-y)0.8Nb2O6的光学性质和线性电光效应

本文介绍铁电单晶(K_xNa_1-x)_0.4(Sr_yBa_1-y)_0.8Nb₂O₆的光学性质和线性电光效应的测量。实验结果表明,这种晶体具有较大的光学双折射,透光范围由4000?到5.6μm。晶体具有低的线性电光调制的半波电压,其电光调制价值指数n₀³·γ_c高达730×10 关键词：     

用于光纤电流传感器的BGO晶体磁光特性研究

在理论分析Bi4Ge3O12（BGO）晶体磁光特性的基础上,利用倍频法测量了不同工作波长下BGO晶体的费尔德常量,获得了与理论相符的实验结果.同时根据BGO晶体费尔德常量随波长的变化关系曲线,通过对该晶体吸收系数的测量,得出了其磁光优值曲线.进而将BGO晶体的磁光特性与光纤电流传感器常用的几种磁光材料作了对比,结果表明BGO晶体适合用于光纤电流传感器.     

电光调制2×490°相移空间光学桥接器

基于LiNbO3晶体的双折射和电光效应设计制作了一种2×4的90°相移自由空间光学桥接器。该桥接器利用晶体的双折射效应进行信号光和本振光的分光/耦合,电光效应引入相位调制,在给定电场条件下实现2×4 90°空间光学桥接器的功能。对空间光学桥接器进行了实验测量和分析。实验结果表明该桥接器性能良好,相位连续可调,相位误差可通过电压调制补偿,应用于相干接收系统。     

单模光纤的磁光效应

本文利用琼斯(Janes)矩阵叙述了单模光纤磁光效应的理论,导出了既具有双折射又具有法拉第效应的琼斯矩阵形式,并利用Mueller矩阵导出电流传感器系统输出光强与法拉第旋转角之间的关系.     

Analysis and Improvement of Reflection-type Transverse Modulation Optical Voltage Sensors

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｖｏｌｔａｇｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓａｒｅｂｅｉｎｇｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｕｓｅｉｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ[1 ,2 ] ,ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｉｒｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈａｓｓｉｍｐｌｅｉｎｓｕｌａｎｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ,ｉｍｍｕｎｉｔｙｔｏｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ,ｎｏｓａｔｕｒａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ,ｎｏｆｌａｍｍａｂｌｅｍａｔｅｒｉａｌｓｓｕｃｈａｓｏｉ…     

Light modulation by an electrooptic device with feedback

Light modulation by an electrooptic nonlinear device is examined theoretically and experimentally. Very low voltage light modulation may be achieved in a conventional electrooptic polarization modulator when a signal proportional to the optical output power is fed back to the modulator crystal. Very linear light modulation may also be implemented in the other mode of such a device.     

Sagnac型光学电压互感器传感单元非线性误差分析与抑制

基于Pockels效应的Sagnac型光学电压互感器的传感单元是由法拉第准直旋光器和BGO晶体构成,其中由偏振串扰引入的非线性误差是影响互感器测量精度及稳定性的主要误差来源。为了抑制传感单元存在的非线性误差,从主要光路器件及器件间的耦合点中分析产生偏振串扰的非理想耦合点及耦合机理,并提取表征该耦合点的误差特征参量,建立各非理想耦合点的传输模型,由此推导由传感单元偏振串扰引入的非线性误差模型,数值仿真并实验验证非理想偏振耦合对互感器性能的影响。在此基础上,提出了由BGO晶体敏感环境振动、温度波动等产生的非线性误差的抑制方法,实验结果验证了抑制方法的有效性。     

Quasi-reciprocal reflective optical voltage sensor based on Pockels effect with digital closed-loop detection technique

A novel Pockels effect based optical voltage sensor (OVS) consisting of quasi-reciprocal reflective optical circuit is proposed and demonstrated in this paper. The quasi-reciprocal reflective optical circuit is realized so that a digital closed-loop detection technique adopted from fiber gyroscopes can be introduced to obtain the voltage-induced Pockels phase. Due to the digital closed-loop detection scheme, the proposed OVS is insensitive to the fluctuation of the light intensity and the dynamic range is independent of the half-wave voltage of the Pockels crystal compared to the conventional crystal bulk-type with the light intensity based detection scheme. A prototype of the proposed OVS is designed and evaluated. The calculated results of the electric field distribution show that the maximal measured voltage of the sensing element is up to 15 kV. The dc voltage from 0 to 3000 V and 50 Hz ac voltage from 0 to 5000 V are measured with good linearity. The proposed OVS achieves accuracy within ± 1% and ± 0.44% with the measured dc voltage above 800 V and ac voltage above 500 V, respectively. The influences of the alignment error in the sensing element on the measurement accuracy are also theoretically analyzed and experimentally verified.     

Analysis and Improvement of Reflection-type Transverse Modulation Optical Voltage Sensors

Reflection-type transverse modulation optical voltage sensors, which employ reflection retarders to replace quarter-wave plates, are convenient for practical use. In previous literatures, the measured voltage was all applied to Bi4Ge3O12 crystal along the (110) direction for transverse modulation optical voltage sensor, and crystals are used as sensing materials. In this paper, reflection-type transverse modulation optical voltage sensor has been analyzed theoretically and a novel configuration in which the measured voltage is applied to a Bi4C-e3O12 crystal along the (001) direction with light wave passing through the crystal in the (110) direction has been proposed. According to this theoretical analysis, a novel optical voltage sensor, which can be used in a 220 kV optical fiber voltage transformer, has been designed and assembled. Experimental results showed that the linearity and the stability of the sensor during 24 hours can reach 0.3％.     

晶体的双参量调制及其应用

利用折射率椭球分析法,分析了某些具有多重光学效应的光学晶体在两个外场同时作用下的一些特有调制规律.结果表明,当晶体的折射率椭球方程的三个交叉项中只有一项x1x2不为零时,可以得到其外场诱导新主轴折射率及其主轴取向的简单计算式.据此可以揭示出某些晶体在两个外加电场同时作用下将具有双横向电光Pockels效应,例如ˉ6点群的电光晶体.但一般晶体在双横向应力作用下不具有与双横向电光效应类似的调制特性,其弹光双折射大小与其应力差成正比,其双折射主轴方向一般为固定值.在相互垂直的外加应力和电场同时作用下,某些晶体(例如ˉ43m点群晶体)的双折射大小与外加应力和外加电场的加权几何平均值成正比,且新折射率主轴旋转角由外加应力和外加电场的比值来确定.晶体的上述双参量调制特性对设计新型光学调制器或传感器具有重要指导意义.     

电光调制器的温度特性及其最优化设计

利用线性电光效应的波耦合理论对铌酸锂晶体电光调制器的温度特性进行研究,给出了不同光波波矢和晶体光轴夹角情况下电光效应的温度变化特性,发现可以利用角度调节来克服电光调制器的温度敏感性;在此基础上,进一步对电光调制器进行了最优化设计,得到一个半波电压小(几十伏)、零场泄漏几乎为零(零电压出射光强和入射光强比为0．0027)、消光比达到365．6、温度性能稳定而且不需要透明电极的一个设计。     

基于微波电光调制的布里渊光时域分析传感器

针对布里渊光时域分析分布式传感原理和受激布里渊散射的特点,应用微波电光调制分布反馈式半导体激光器产生频移可调的探测光,和传感光纤中相反方向传输的脉冲激励光进行受激布里渊散射作用,当探测光和激励光的频率差在布里渊频移附近时,频移探测光和激励光产生受激布里渊散射,通过改变探测光的频移值,检测探测光功率信号,可得到沿光纤各处的布里渊频移,再利用布里渊频移和应变（或温度）的关系,计算得到沿光纤分布的传感量。设计了基于微波电光调制的布里渊光时域分析传感器实验系统,实现了25km的分布式温度传感,达到5m的空间分辨力和3℃的温度分辨力。