BGO晶体固有线性双折射及其温度特性的定量研究

BGO晶体的固有线性双折射及其温度特性严重制约着光学电压互感器(OVT)的实用化进程,对其进行定量研究有助于提高和改进OVT的性能。文中提出了一种晶体劈干涉条纹图像法,通过测量干涉条纹的移动实现对BGO晶体内部固有线性双折射及其温度特性的准确测量。文中采用琼斯矩阵对测量原理进行了推导,并给出了测量实例和验证结果。结果表明,单位长度的BGO晶体固有线性双折射会给OVT带来约1.0%的测量误差;考虑温度特性,误差约为1.2%,对于OVT必须具备0.2%的测量准确度是一个严重挑战。文中提出的方法与传统的光强法比较,不受光源功率波动的影响,在测量过程中无需调节光学元件,不会引入额外的误差,测量准确度提高了约一个数量级。     

一种基于径向偏振解调的线性光学电流传感器

提出了一种基于径向偏振解调的线性光学电流传感器。采用集磁式传感头,由两块导磁板将气隙磁场引出,直通式光路由通光孔经过气隙磁场,不需要反射棱镜,根除了反射相移,有利于改善传感器的稳定性。采用径向偏振光栅将法拉第旋转角转换为环形光斑的同步转动,由四象限探测器对光斑定位得到待测电流。经理论分析和实验验证,传感器的测量模式与光强无关,法拉第旋转角测量范围为43,测量准确度0.2S级。     

一种基于位置敏感器相位检测的振动测量方法

针对微机械系统和精细加工技术中现有的振动测量方法存在易受电磁干扰、动态和线性范围窄等诸多问题,本文提出了一种基于一维位置敏感器(PSD)相位检测的振动测量方法,通过激光三角法将被测物体的振动信号转换为光斑在PSD的位置变化,PSD两电极输出的电流相差信号经PSD相位法的信号处理电路转换为与光斑位置成线性关系的直流电压信号,由此确定光斑的位置变化,进而测量物体的振动,且实时信号可以通过示波器或在上位机界面中显示。本文实验测量的平均相对误差为0.89%,最大误差为1.75%,线性度优于1.2%,实现了振动的高精度、高线性度和不受电磁干扰的测量。     

磁光薄膜法拉第旋转角温度特性的实时线性测量

介绍了一种基于晶体斜劈的偏振光法拉第旋转角的实时线性测量方法,并将该方法用于磁光薄膜温度特性的测量。相比于传统的偏振角度测量方法,晶体斜劈方法不仅不受光源功率波动影响,而且在测量过程中无需调节光学元件,可以实时测量。更重要的是用该方法可以实现任意法拉第旋转角的线性测量,偏振角度测量的相对精度可达到8.7×10-4。将该方法用于测试掺Tb离子的Bi…YIG磁光薄膜在不同温度下的Verdet常数,研究其温度特性。     

一种测量1/4波片相位延迟量的新方法

提出了一种通过软件计算输出椭圆偏振光矢的长短轴来测量1/4波片相位延迟量的新方法,其测量光路简单易行,仅由光源、起偏器、待测1/4波片、检偏器和光功率计组成,测量结果通过Mathcad进行分析运算,得到波片的相位延迟量。文中详细论证了新方法的原理过程,给出了应用实例与误差分析,结果表明:新方法的绝对测量误差小于0.26。该方法的主要优点是光学器件少,操作简单,易于实现,引入误差小,测量精度高。     

用晶体斜劈方法测量石英波片相位延迟的温度特性

介绍了一种基于晶体斜劈的偏振光相位延迟量的精密测量方法,并将该方法用于测量零级和多级石英波片相位延迟量的温度特性。该测量方法不受光源功率波动的影响,相位测量精度可以达到0.05°。相比于传统的测量方法,晶体斜劈方法在相位测量过程中无需调节光学元件,可以实时地测量相位变化,而且该方法可用于任意光学元件引入相位延迟的精确测量,或推广到不同的光学波段。     

锗酸铋电光晶体的半波电压调控

提出了一种通过改变晶体切割方向,调控和提高锗酸铋晶体半波电压的方法,可以显著扩大光学电压传感器的测量范围。使用电光效应耦合波理论,分析了半波电压对晶体切割方向的依赖关系。晶体切割方向决定了锗酸铋晶体的通光方向和电场方向。分析结果表明,当晶体沿[-2-0.5,2-0.5,0]和[0.219,0.219,0.951]方向切割时,可使半波电压提高为标准切割方向的5倍;当晶体沿[0.140,0.275,0.951]和[2-0.5,2-0.5,0]方向切割时,半波电压可提高至12倍。讨论了光传播方向对半波电压的影响,锗酸铋晶体采用标准切割方向,光路角度偏移在0.05范围内时,半波电压的变化量小于0.06%。该半波电压调控方法同样适用于其它电光晶体。     

一种条形亚波长径向偏振光栅

提出并设计了一种条形亚波长铝金属径向偏振光栅,用电子束直写方法制成,可以将偏振光偏振面的旋转直接转换为光斑的水平移动,通过定位光斑位移实现旋光角的测量.光栅由12000个单元水平排列组成,每个单元宽1μm,中心单元的格栅方向为0°,左右相邻单元的格栅分别按逆时针和顺时针方向依次旋转30″,最终实现±50°旋光角的测量范围.基于琼斯矩阵建立了光栅的理论模型,并运用严格耦合波理论分析了光栅的偏振特性与光栅脊厚、周期、占空比、入射光波长之间的关系,确定了光栅的最优结构.实验与仿真结果表明,光栅TM波的透过率大于80%、整体消光比大于26dB.这一测量模式不受光功率波动的影响,可以构成无机械旋转的新型旋光仪,或不需要旋转图像平移转换的电力光学传感器.     

改善OVT内电场分布的介质包裹法

基于Pockels效应的光学电压传感器（Optical Voltage Transducer,OVT）,运行中不可避免地存在震动、元器件连接的老化与热胀冷缩等问题,导致光学器件的相互位置产生偏移,进而影响电光晶体的内电场分布。文中以基于会聚偏光干涉原理的110 kV纵向调制的OVT为例,进行了仿真分析与实验研究,发现当入射光发生0.5的偏移或电光晶体发生1的偏移时,分别引入约0.107%和0.124%的电场积分误差。由于OVT必须满足0.2%的准确度要求,上述影响不容忽视。为此提出了介质包裹法,将Al2O3陶瓷包裹在电光晶体外部,使电场积分误差分别降低至0.001%和0.003%。实验与应用的情况表明,介质包裹法简单、实用、有效。