《光传感光调制》PPT课件

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1、第十一章光调制技术何谓光调制光调制就是将一个携带信息的信号叠加到载波光波上,完成这一过程的器件称为调制器。调制器能使载波光波的参数随外加信号变化而变化，这些参数包括光波的振幅、位相、频率、偏振、波长等。承载信息的调制光波在光纤中传输，再由光探测器系统解调，然后检测出所需要的信息。§1光强度调制技术一、微弯效应光强度调制技术原理利用光在微弯光纤中强度的衰减原理，将光纤夹在两块具周期性波纹的微弯析构成的变形器中构成调制器。从波导理论的观点来看，当光纤发生弯曲时，传输光会有一部分泄漏到包层中去，这种泄漏是光纤内发生模式

2、耦合的结果，这些耦合模变为辐射模，造成传播光能量的损耗。纤芯中的光向包层逸出的原因从几何光学来说是由于全反射条件的破坏造成的，从波导理论来说则是光纤的弯曲引起了各种传导模式的耦合，则形成耦合模式被送入包层中去产生辐射模。微弯调制示意图定量分析微弯效应造成的损耗可写成如下形式式中为齿距，为齿数目，为变形幅度，ａ为纤芯半径，为光纤外半径，为内外层折射率差值。其中任何一个参数改变都会起到光强调制的作用。在实际问题里，变形器及光纤参数全部固定时，则可认为实际测量框图利用这种调制技术可以直接测量位移的变化量(变形器上的变形

3、板位移的大小决定光强的衰减程度),而间接测量的量则可包括温度，压力，振动，应变等。探测器脱模器脱模器脱模器的作用这里脱模器的作用是在进入探测器之前消除掉进入包层中的光以保证只有纤芯中的光才能传到变形器和探测器。其方法是在几厘米长的包层外边表面上刷上黑漆，这就可以几乎完全吸收掉传入包层中的光（或者剥去外包层置于折射率匹配的小盒中）。其它类型被测物体移动引起光纤变形，曲率半径随之改变，引起辐射模。其它类型将光纤绕成多圈螺旋管状，增加变形长度以提高灵敏度微弯型水听器多模光纤绕于带有螺纹的铝管螺纹谷内不会发生变形，而通过

4、纵向槽的那部分光纤将由于外部压力而变形，如果这种压力来自于声波，则可依此原理制成水听器。脱模器ＬＡＳＥＲ探测器二、光强度的外调制技术上述微弯调制技术属于内调制，属于功能性调制技术，它是利用光纤本身特性的改变来实现光调制的。所谓外调制技术，是指调制环节发生在光纤以前的部分，光纤本身的性质并不改变，它只起到传光的作用。此时的光纤分为两部分，即输入光纤和输出光纤，或发送光纤和接收光纤。1、反射型光强外调制传感器a、原理由输入光纤出射的光投射到反射面上，其反射光的一部分进入输出光纤，进入多少与反射面位置有关。输入光纤输出

5、光纤反射面b、定量分析反射镜面的移动方向是与光纤探头端面垂直的，反射镜面在其背面距离处形成输入光纤的虚象，因此，光强调制作用是与虚光纤和输出光纤的耦合相联系的。设两光纤皆为阶跃折射率光纤，芯径为，数值孔径为，两光纤垂直距离为2ａ，并定义反射型光强外调制传感器示意图ad2r输出光纤输入光纤的镜像back检测范围则当距离时，两光纤的耦合为零，无反射光进入输出光纤；当时，两光纤耦合最强，输出光强达最大值，此时输入光纤的像发出的光锥底面积将输出光纤端面积全部遮盖，是一个常数，光锥底面积为因此最大检测范围是即检测位移的范围

6、在和之间。定量计算光耦合系数如果定量计算光耦合系数，必须先计算输入光纤像的发光锥体面积与输出光纤端面的交叠面积，如果精确计算，则必须使用gamma方程，十分复杂。输出光纤a输入光纤反射型光强外调制传感器示意图如果作线性近似，即将锥体边缘与输出光纤芯交界的弧线作为直线处理，则可得到线性解，在线性近似下，可求得交叠面积与光锥底面积之比为r式中为交叠面积的高，由决定：假定反射镜面无光吸收，两光纤的光功率耦合效率，即为交叠面积与光维底面积之比，的最大值发生在处。上述关系式给出了反射式位移传感器的设计依据，如果芯径，的阶跃

7、光纤，，计算结果表明最大耦合效率发生于处。此传感器的固有分辨率好于。这些都是简化处理上面的分析作了很多简化处理：除了线性假设不分，还假定了①光纤为阶跃型光纤；②模谱是均匀一致的，即功率密度在光维底面上是均匀的；③反射面平行于光纤端面；④反射率为100％等。2、遮光型光强外调制技术上面所言为反射式，除此之外还有遮光式，一种办法是将发射光纤和接取光纤对准，光强调制信号加在移动的遮光板上；另一种方法是直接移动接收光纤。这两种方式都是使接收光纤只能收到发送光纤发出的部分光，从而实现光调制。遮光型光强外调制技术用这种办法可

8、以测量位移、压力、温度等物理量，这些物理量的变化都可使光强减弱由于闸式要使两光纤距离大一些，因此光损耗较大，但它可固定两光纤，因而使用可靠。光闸输入光纤输出光纤三、折射率光强度调制技术（反射系数式光强调制技术）反射系数与两介质的折射率有关，利用折射率的变化来改变反射系数，则可达到调制光强的目的，下图给出了一种典型装置：光源探测器信号处理调制器全反射面调制机理由光纤左端入