Поляризационные ВОД.

Переходя к анализу поляризационных волоконных датчиков, перечислим их основные особенности:

1. В поляризационных ВОИ используется явление интерференции двух мод, на которые основная мода расщепляется в одномодовых волокнах с выделенным состоянием поляризации (см. гл. 2).

2. Выделенное состояние поляризации возникает либо за счет создания специального волокна с эллиптической сердцевиной, либо за счет двулучепреломления, которое, в свою очередь, наводится в сердцевине круглого сечения за счет неравномерного сжатия в различных радиальных направлениях.

3. Наведенное двулучепреломление создается сознательно или случайно в процессе изготовления волокна (решающую роль играет технология получения заготовки) [240], либо при намотке волокна с усилием на катушку малого диаметра мм) [316].

4. Если на входе волокна возбуждаются обе моды (обозначим их постоянные распространения как то состояние поляризации, аналогичное условиям на входном торце, будет повторяться по длине волокна на расстояниях Практически удается создать волокна с весьма значительной разницей так что см [240]. Для сравнения скажем, что период биений между двумя первыми модами в двухмодовом волокне обычно составляет мм.

Из сказанного, казалось бы, напрашивается прямой вывод о том, что поляризационный интерферометр еще менее чувствителен, чем его аналог на двухмодовом волокне. Однако это не так.

Рассмотрим более подробно выражение для разности фаз между ортогонально, - поляризованными модами на выходе из волокна:

Это выражение вытекает из общей формулы (3.36) и позволяет сделать следующие предварительные выводы.

1. Если только второе слагаемое в выражении (3.81) имеет место, т. е. постоянные распространения ортогональных мод при внешнем воздействии не изменяются, то наше замечание относительно малой чувствительности поляризационного интерферометра полностью оправдано.

2. Если же предположить, что доминирует первое слагаемое, т. е. основной вклад в фазовое приращение вносит изменение условий распространения ортогональных мод (двулучепреломление в волокне является функцией внешнего измеряемого фактора), то ситуация становится весьма многообещающей: чем длиннее волокно, тем более значителен вклад первого слагаемого. Отношение двух слагаемых

может быть и много больше, и много меньше единицы в зависимости от того, какое внешнее воздействие оказывает влияние на волокно. Например, если происходит термическое удлинение волокна, т. е. то дополнительное двулучепреломление практически не наводится, т. е. и первый член в выражении (3.49) равен нулю. В то же время, если вспомнить, что для кварцевого волокна термический коэффициент приращения фазы составляет величину порядка то второй член в уравнении (3.81)

Сомножители перед скобкой в формуле (3.83) и составляют термическое приращение фазы в волокне длиной при изменении температуры на . В этом выражении — коэффициент термического удлинения кварцевого волокна, а — усредненный показатель преломления. Однако разность фаз между ортогональными модами будет при росте температуры меняться гораздо медленнее из-за влияния сомножителя в скобках. Как мы знаем, в волокне с сохранением поляризации , следовательно, — пхда Поэтому термический дрейф разности фаз в волокне с сохранением поляризации

ослаблен примерно в раз по сравнению со случаем ВОИ на двух одномодовых волокнах той же длины.

Это говорит о явной непригодности поляризационного интерферометра для термических измерений и в то же время открывает путь для создания интерференционного датчика, свободного от паразитного дрейфа фазы, вызываемого воздействием температуры. Для этого требуется только одно: максимизировать влияние первого члена в формуле (3.81). Как это делается применительно к фазовым датчикам акустических полей, мы рассмотрим в п. 3.5.