法拉第效应的应用 课件.ppt

—— 磁光电流传感器 传感器原理及光路设计 光纤电流传感器利用磁光材料的法拉第效应，在光学各向同性 的透明介质中，外加磁场 H 可以使在介质中沿磁场方向传播的平面 偏振光的偏振面发生旋转，偏转角度通过检偏器可确定。其原理如 图 1 所示， B 为两偏振器夹角， θ 为平面光通过磁光晶体后发生的偏 转角。 附： Laser light ：激光 Polarimeter ：偏光计 Magneto-opticcrystal ：电光晶体 Polarimeter ：偏光计 其旋转角 θ 与光传播的磁光材料上的磁场中强度 H 和磁光材料的 长度 L 成正比：当 H 一定时，旋转的角度 θ 为： θ=vHL(1) 式中： v 为 verdet 常数 ;H 为磁场强度 ;L 为磁光玻璃长度。 通电长直导线磁场公式 H=I/2πr(2) 再由式 (4) 可得：当 P=P0 时， Imax=2πrB/vL ，只要角 B 越大，所能测的最大电流 值也越大，所以在实验中常用增大角 B 的办法来增大其测量范围。但在实际中， 角 B 的增大到一定值后会使光路的调焦变得更困难，并使小信号更难测量，在以 往实验中一般取 B=45 °或相差不大的值。在该实验中选用 2mw 的激光器作调整 光源，在第一次调焦时把磁光晶体的出射光投到 1m 外的地方以便消除可能出现的 双折射，并用光学胶密封各接合面，使光路调整更容易操作，因此角 B 选择了 80 °。上式中，夹角 B 在传感器完工后是定值，因此只要测得 P ， P0 值就可得到 电流值。 与普通电磁互感器相比，在高强电流测 量应用中磁光电流传感器具有以下优点：光 纤电流传感器没有磁饱和现象，也不像通常 的电磁互感器的动态工作范围受磁饱和效应 的限制 ; 光纤电流传感器抵抗高电磁干扰，对 环境的要求低 ; 光纤电流传感器可以在较宽的 频带内，产生高线性度响应 ; 光纤电流传感器 体积比较小，安装使用比较方便等。 磁光电流传感器由于频带宽，响应时间 短，可同时用于测量直流、交流及脉冲大电 流，因此可望成为高压下测量大电流的理想 传感器。 磁光隔离器也时常简称光隔离器，但与 电路中利用光隅隔离电联系的光隔离器不同， 光通信用的光隔离器是隔离光而不是隔离电， 且是无源器件。随着光通信技术向高速、大 容量方向发展，光路中的光反射已成为一个 必须解决的重要问题，额外的光反射使光通 信系统变得不稳定，增加误码率，限制了长 距离的光信号传输。而只允许光线沿光路正 向传输，阻隔反向传输光线的光隔离器能够 解决反射光这一问题。在长距离或高速率光 纤通信系统中，光隔离器是必不可少的器件。 磁光隔离器（法拉第隔离器 ） : 也可以说是单向导光器，隔离器放置于 激光器及光放大器前面，防止系统中的反射光对器件性能的影响甚至损 伤。 磁光隔离器 第一个光隔离器：日本（使用 ((GdY)3Fe50,: 材料 ） 光隔离器广泛应用于高速大容量单模光纤通信、 EDFA 光放大器、 DFB-LD 半导体激光器、 CATV 光缆电视等系统中。 磁光隔离器产品其中以日本 FDK 公司和美国 E-TEK 公司比较具有 代表性。 光隔离器的特点 光隔离器的特点是高隔离度、低插损；高可靠性、高稳定性；极低 的偏振相关损耗和偏振模色散。 光隔离器的类型 光隔离器种类繁多，包括在线式光隔离器，自由空间光隔 离器等，我们提供各种规格的光隔离器，用来满足不同应用领 域的需求。 1310/1480/1550nm 偏振无关光隔离器内部设计针 对单模光纤中两种正交的偏振态分别处理的工艺，保证整个器 件的偏振无关特性。单极器件具有较低的插入损耗，双级器件 有极高的光隔离度，适合于不同的应用场合，主要应用于光纤 放大器，光纤激光器，光纤 CATV 网以及卫星通讯等。 工作原理及结构 磁光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。 不具有旋光性的材料在 磁场 作用下使通过该物质的光的偏振方向发生旋转， 也称磁致旋光效应。沿磁场方向传输的偏振光，其偏振方向旋转角度 θ 和磁 场强度 B 与材料长度 L 的乘积成比例。 对于正向入射的信号光， 通过起偏器后成为线偏振光， 法拉弟旋磁介质与外磁场一起 使信号光的偏振方向右旋 45 度， 并恰好使低损耗通过与起偏器 成 45 度放置的检偏器。对于反 向光，出检偏器