线性双折射色散对OCS灵敏度影响的理论研究

以琼斯矩阵为数学工具,利用理论分析和计算机仿真的方法研究了线性双折射的色散特性及其对光学电流传感器灵敏度的影响. 在光学电流传感器系统中,光源的驱动电流与环境温度改变,都会造成光源峰值波长移动. 由于光学玻璃材料线性双折射的色散特性,会使光学电流传感器的灵敏度随光源波长的变化而改变. 研究结果表明,线性双折射的色散特性会对输出曲线的尺度因子产生影响,但是影响很小可以忽略. 本研究结果可为光学电流传感器的研究设计人员提供有用的参考.     

光电式电流互感器法拉弟旋光的线性双折射误差估计

提出一种估计法拉弟族光线性双折射误差的近似公式，它可对双折射误差进行数值补偿，从而使测量精度得以提高．     

光纤电流互感器中传感光纤的椭圆双折射测量

分析了全光纤电流互感器(AFOCT)光纤元件的双折射来源和影响,针对其应力加载特征,提出一种适用于系统的光纤双折射参数测量方法.测量基于研究双折射对偏振态的调制情况,在邦加球上分析传输光偏振态随不同光程的演化轨迹,可获得待测光纤椭圆双折射参数,相对误差在2.85％以内.验证实验说明基于测量结果的变比估计相对偏差1.08％.该方法准确度优于传统方法,装置结构简单易于实现.由传感光纤双折射测量结果可推导AFOCT系统的变比,也可作为温度、振动补偿实验的依据.本方法可作为设计制作AFOCT系统过程中的一个有力的参考.     

双折射光纤中克尔效应及光纤—光学逻辑门

本文详细地研究了单模双折射光纤中的克尔效应。讨论了其应用于光纤－光学逻辑门的优点，给出了有关的理论分析和计算结果以实验装置，确定了强度型逻辑门的“１／０”状态，测出了输出光脉冲宽度。理论分析和实验结果符合良好。     

光学电流传感器传感头的研究

设计了一种光路全闭合的光学电流传感头、推导出传感头双射折和被测量关系的解析式，得出了若干重要的结论，给出了实验结果。此传感头已在１１０ｋＶ变电站投入试运行。     

磁场中双折射光纤的琼斯矩阵等效模型

采用延迟器与旋光器的串联模型, 研究磁场中双折射光纤的偏振传输特性, 将它们的琼斯矩阵按照两种不同的顺序级联相乘, 导出了两种等效模型中等效相位延迟量、等效快轴方向和等效旋光角的解析表达式。研究发现, 当光纤同时具有线双折射和圆双折射时, 单位长度的等效相位延迟量并不等于其固有的线双折射, 等效旋光角也不等于其法拉第旋转角, 它们同时都与光纤的固有线双折射和磁场引起的圆双折射相关联。且在不同级联顺序的两种等效模型中, 等效相位延迟器的快轴方向都不与光纤的双折射主轴重合, 而是分别向两个相反的方向偏移一定的角度, 偏移角为等效旋光角的一半。     

线性双折射对光纤电流互感器影响的研究

应用琼斯矩阵理论分析传感光纤中残余线性双折射对光纤电流互感器测量精度的影响。根据干涉结果得到在传感光纤中加入大量圆双折射可以抑制残余线性双折射,并提出有效的减小线性双折射误差的方法。     

可补偿偏置漂移的扭转光纤电流传感器

针对扭转光纤电流传感器由于环境因素（如温度,压力,振动）变化使光纤中传输光偏振态改变,从而导致传感器输出与漂移问题,提出了一种新的信号处理方法进行克服,这一方法适用于交变电流的检测,实验中通过旋转输入线偏振光偏振方向的方法检验了所提垢有效性,证明这种补偿方法对传感器置相位的任意偏移均适用。     

侧向压力对微结构光纤双折射的影响

采用全矢量有限元方法,理论上分析侧向压力对高双折射微结构光纤双折射特性的影响,与其他报道中采用流体静压力来研究微结构光纤的双折射变化有所不同。研究结果表明,在波长600~1700 nm范围内,沿微结构光纤慢轴和快轴的侧向压力所引起的光纤相双折射和模双折射的变化并不一致。此外,沿微结构光纤的慢轴和快轴的侧向压力对微结构光纤的相双折射压力灵敏度和模双折射压力灵敏度的影响也不同。该研究结果对于微结构光纤的设计、微结构光纤传感器尤其是多维光纤传感器具有很大的指导意义。     

微孔光纤双折射的研究

采用有限元方法对新型微孔光纤的熊猫与微孔熊猫型微孔光纤双折射给出计算和特性分析，并着重介绍微孔光纤应力双折射和几何双折射的理论与实验研究的最新成果。     

基于光纤电流传感器的韦尔代常数优化测量法

韦尔代常数(Verdet)是决定光纤电流传感器(FOCT)灵敏度的重要因素之一。根据萨格纳克(Sagnac)干涉原理计算得到校准信号,并测量FOCT的实际输出信号,通过比较这两组信号建立目标函数,基于单纯形算法进行参数优化,从而得到石英光纤的韦尔代常数。实验结果与经典模型计算结果基本吻合。FOCT的输出信号经过测量电路会引入相位差;另外受到调制器和外界环境的影响,干涉回路的工作点会产生漂移,导致输出信号不对称而产生直流量。考虑到以上因素,提出的这种方法还能同时测量出电路的相位差、干涉回路的工作点以及反映非线性畸变的直流量。     

一种大动态范围的磁光电流传感器方案

提出了一种扩大磁光式电流传感器动态范围的方法。磁光式电流传感器是基于法拉第效应和安培环路定律实现电流测量的。由于法拉第旋转角随被测电流周期性增大，测量时只能利用正弦曲线单调变化的部分，因此限制了电流的测量范围。利用光纤维尔德常数随光波长变化这一特性，通过测量两种光波旋转的角度差，获得了大电流的测量值。在正常计量范围内利用单波长数据获得精度较高的计量值，达到扩大传感器测量范围的目的。分析表明，当两波长的维尔德常数相差20％时，电流测量范围可以扩大到单波长时的6倍。采用这种方法可望用一个传感器同时满足电力系统中的计量和保护两种用途。     

移动侧向压力法测量高圆双折射光纤

对扭转高圆双折射光纤中光的偏民变化作了分析，提出用移动侧向变压力法测量高圆双折射光纤中的圆双折射，并在实验上用这种方法对扭转光纤效益作了测量。得到的测量结果与计算值（在已知光导转率下）相对误差在２．４％之内。这一方法为高圆双折射光纤的无损检测提供了另一途径。     

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。     

磁光材料Verdet常数贡献性的讨论

Verdet常数是表征材料磁光性能的重要参数,具有波长和温度依赖性.为了更好地分析入射光波长、温度等对Verdet常数的影响机理,从基础理论切入,分析了现有理论的优缺点.结合光的波粒二象性特性,提出了波动跃迁性贡献理论,即法拉第效应是光的波动性作用以及电偶极跃迁作用带来的贡献之和,波动性对偏转角的贡献为正,跃迁性贡献为负.在抗磁性材料中,波动性贡献大于跃迁性贡献,Verdet常数为正;顺磁性材料中,跃迁性贡献远大于波动性贡献,Verdet常数为负.进而分别以典型抗磁性材料重火石玻璃ZF1和顺磁性材料铽镓石榴石为例,并结合相关数据、参数、模型,对理论进行了验证.试验结果表明,在精确描述材料Verdet常数方面,波动跃迁性贡献理论具有一定的优越性.     

Joint effect of dispersions of reflection-induced retardance and Verdet constant upon the sensitivity of an optical current sensor

The dispersion properties of the reflection-induced retardance of polarization-preserving reflecting medium layer and the Verdet constant of the ZF-7 optical glass and their joint effect on the sensitivity of a bulk glass optical current sensor are theoretically analyzed taking the Jones’ Matrix as a mathematical tool and using simulation with a computer. The investigation results show that the dispersions will significantly affect the scale factor of the system. Therefore, it is necessary to stabilize the driving current and the ambient temperature of the optical source by some technical means to ensure the wavelength stability. These results might be useful for the researchers and designers working in the optical current sensing techniques area.     

用于电力系统的光学电流互感器技术进展

介绍了光学电流测量技术的发展情况，描述了目前几种主要的互感器结构及其基本原理，并对各自存在的问题及解决途径进行了讨论。从研究现状来看，块状玻璃型传感器技术相对成熟，已经有商业产品问世；混合型传感器测量精度较高，但传感头有源电路的供电技术复杂，还没有圆满的解决方案；全光纤型是光学电流互感器发展的最终目标，目前存在的主要问题是光纤的固有线性双折射难以处理，有赖于新型光纤材料及集成光学元件的进一步发展。最后综合评述了光学电流互感器技术的发展趋势及产业化前景。     

基于光纤光栅的磁场测量新方法

提出了一种基于光纤光栅中法拉第效应和测量偏振相关损耗的直接测量磁场的新方法,给出了理论分析和实验结果.当有外加磁场时,光纤光栅中的法拉第效应使两个圆偏振光的传播常量改变,从而导致光纤光栅的偏振相关损耗的变化.仿真结果表明,外加磁场与偏振相关损耗峰值在一定的测量范围内存在线性关系,测量结果对温度变化不敏感.分析了光栅的参量对测量性能的影响.实验中得到该方案测量磁场的灵敏度为7.8e-6B/Gs,利用现有精度为10-6 dB的光矢量分析仪得到最小可测磁场为2 Gs.实验与理论吻合较好.