琼斯算法在全光纤电流互感器中的应用

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琼斯矩阵是一种常见的对偏振光进行分析的一种算法。在全光纤光学电流互感器中,常用琼斯算法对光纤中的光波偏振态进行运算和分析。全光纤电流互感器因其其体积小、质量轻、无饱和现象、准确性高、动态范围大、安全性高等诸多优点使研究者们数十年如一日的投入精力对其进行研究。全光纤电流互感器主要应用法拉第效应对电流进行测量,其工作原理可以解释如下:电流产生磁场会使光的偏振平面发生旋转,通过光电转换检测偏振干涉的光强,并从中解调出法拉第相移,最终得到电流大小。  在典型的In-line结构全光纤电流互感器中,反射镜位于传感光纤末端,使入射光由反射镜反射后再一次经过传感元件。这就是In-line结构全光纤电流互感器的法拉第相移为Sagnac干涉仪型光纤电流互感器的两倍的原因。此外,由于输出信号正比于余弦函数,而该函数所对应的相位信息又通常比较小,使得归一化的输出信号局限在趋近于1的位置上,且其斜率近似为0,为信号探测增加了难度。所以,任何结构的光纤电流传感系统中的相位调制与解调都十分重要。常见的相位调制方式有无源调制和有源调制两种。  本文将首先针对反射镜进行研究。采用琼斯算法研究了椭圆偏振光正反射特性,然后将获得的结论推广到圆偏振光及线偏振光经平面镜正反射的情形,再用偏振态几何参量表示法对结论加以验证。接下来推导出典型In-line结构全光纤电流互感器的理想系统输出光强。再根据此计算模型给出无源调制全光纤电流互感器的相关计算结果。针对该系统中法拉第旋转器温度特性对于系统输出光强的影响进行理论计算及仿真。最后依据有源调制结构中的PZT相位调制器的特性研究调制器在调制过程会对全光纤电流互感器的输出带来的影响并给出相应的仿真结果。结果表明:在无源调制In-line结构全光纤电流互感器中,由于温度改变对法拉第旋转器的影响较大,所以在实际应用时应着重对此问题加以防范;在有源调制In-line结构全光纤电流互感器中,调制器引入的误差会对整体输出光强产生较大影响。只有良好的控制了调制器本身引入的误差,才能满足国际标准及国家标准的要求。
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