Дистанционные волоконно-оптические интерференционные датчики физических величин тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах

ЗЕХРАУИ БУАБИД

ДИСТАНЦИОННЫЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ДАТЧИКИ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Специальность 01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

Научные руководители: доктор ф.м.-н., проф. С.Л. Галкин доктор ф.м.-н., проф. О.И. Котов

Официальные оппоненты: доктор ф.м.-н., проф. В.И. Дудкин (СПбГТУ)

кандидат т.н, ст. н.с. Е.С. Барбанель (СПбГУТ)

Ведущая организация - Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет)

Защита состоится " /Я/ 1997 года в часов на заседании

диссертационного совета К 063.38.11 в Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, СПб., Политехническая ул., 29, 2-й учебный корпус, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автореферат разослан "_"_ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико - математических наук

С.В. Загрядский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Последние десятилетия ознаменовались бурным развитием оптоэлектрониш и техники связи, обусловленные прежде всего успехами в создании стекловолоконных световодов высокого качества. Успешно функционируют разнообразные волоконно-оптические линии связи, обеспечивающие надежную передачу громадных потоков информации.

Вместе с тем в результате многочисленных исследований была обнаружена чувствительность характеристик волокон к внешним воздействиям, таким, как температура, давление, механические напряжения, химические свойства окружающей среды и т.д. На основе этого сформировалась новая область науки и техники - вопо-конно оптические датчики (ВОД) физических величин [1 - 5]. В этой области существует сегодня много направлений, среди которых один из перспективных является направление дистанционных интерферометрических ВОД [6 - 8] позволяющее наиболее полно реализовать высокие параметры фазовых ВОД в практических устройствах. Основная задача, решаемая в таких устройствах, - достижение максимальной развязки чувствительного элемента с подводящим и отводящим волоконными световодами при сохранении высокой чувствительности ВОД. В основном этот вид датчиков находится в стадии лабораторных исследований, что объясняется недостаточной изученностью физических процессов в более сложных, по сравнению с обычными ВОД, оптических схемах. Остаются неясными вопросы: Эффективного способа создания модуляционного сигнала, влияние спектральных характеристик оптического источника на выходные сигналы разбалансированных интерферометров, особенностей таких ВОД при использовании разных видов интерференции (многолучевой, межмодовой, поляризационной), возможностей применения световодов различных видов (анизотропных, многомодовых), выбора оптимального режима работы ВОД, в том числе способа регистрации сигналов.

Выяснение поставленных вопросов в данной работе позволяет дать практические рекомендации для создания дистанционных волоконно-оптических датчиков (ДВОД), что делает ее весьма актуальной.

Целью диссертационной работы является анализ физических процессов в волоконно-оптческих дистанционных интерферометрических схемах и создание экспериментальных макетов удаленных ВОД.

Основные задачи, вытекающие из цели работы :

1. Теоретическое и экспериментальное исследование физических процессов в оптических схемах с удаленными волоконными интерферометрами;

2. Разработка физико-математических моделей дистанционных волоконных интерферометров необходимых для расчета их основных характеристик;

3. Выработка рекомендаций для оптимального построения удаленных фазовых ВОД физических величин.

Научная новизна результатов диссертационной работы

1. Теоретически и экспериментально изучены процессы в дистанционных волоконных интерферометрических схемах в условиях создания фазовой модуляции на подводящем световоде. Рассмотрены схемы с интерферометром Фабри-Перо, межмодовым интерферометром, поляризационным интерферометром;

2. Исследовано влияние спектральных характеристик оптического источника на выходные сигналы дистанционных интерферометрических схем. Выработаны рекомендации по оптимизации их параметров;

3. Реализованы макеты удаленных фазовых ВОД на разных типах интерферометров, изучены их основные характеристики, показаны пути улучшения их параметров;

4. Показано, что для селекции физических воздействий на чувствительный элемент датчика целесообразно применять разные виды интерференции:

- для изотропных воздействий оптимальном является интерферометр, типа Фабри-Перо,

для регистрации изгибов наиболее подходящим является межмодовый интерферометр,

для поперечных сдавливающих воздействии оптимальном является интерферометр с поляризационными модами.

Практическая ценность работы состоит в непосредственной применимости ее результатов для создания дистанционных волоконно-оптических датчиков физических величин. Разработаны, созданы и исследованы макеты удаленных датчиков температуры, микроперемещений, давления.

Результаты теоретического анализа применимы для инженерных оценок параметров волоконных устройств.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Для создания пассивных дистанционных интерферометрических датчиков необходимо использовать виды интерференции, имеющие разность хода лучей достаточную дл я обеспечения их фазовой модуляции с помощью внешнего устройства;

2. Наиболее эффективным способом создания гармонической фазовой модуляции в удаленном интерферометре является модуляция фазы в подводящем световоде с помощью волоконно-оптического модулятора;

3. Существенное влияние на работу дистанционных интерферометров оказывает пространственно-временная характеристика, когерентные свойства излучения прошедшего подводящий световод. Для оптимизации параметров выходных сигналов ВОД необходимо выбирать определенные соотношения длины чувствительного интерферометра и резонатора оптического источника с учетом количества распространенных мод;

4. Для разделения физических воздействий, необходимо подбирать вид интерференции позволяющий получить наибольшую чувствительность к измеренным физическим параметрам.(изотропное воздействие - интерференция с большой разностью хода; изгибы - межмодовая интерференция; поперечное давление - поляризационный интерферометр).

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

. 49-я НТК профессорско-преподавательского состава научных сотрудников и аспирантов 22-26 янв. // СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч - Бруевича. - СПб, 1996 г.

. Научно-техническая конференция студентов и аспирантов (в рамках 25 - й недели науки СПбГТУ ). Санкт-Петербург, 1996г.

. 50-я НТК профессорско-преподавательского состава научных сотрудников и аспирантов 20-24 янв. // СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч - Бруевича. - СПб, 1997 г.

. 51-ая НТК студентов и аспирантов 19-23 мая. // СПбГУТ им. проф. М.А. Бонч - Бруевича. - СПб, 1997 г.

. INTERNATIONAL WORKSHOP ON NEW APPROACHES TO Hl - TECH MATERIALS 97. Nondestructive Testing and Computer simulations in materials Science and Engineering. NDTCS - 97. 9 -13 June 1997, St. Petersburg, RUSSIA.

По материалам диссертационной работы опубликовано 10 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, содержит 193 страницы и библиографию из 150 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы задачи диссертационной работы, обоснована их актуальность и научная новизна, а также кратко рассмотрено содержание отдельных разделов работы.

В первой главе приведен обзор литературных данных по теме диссертации. В п. 1.1. выполнен анализ литературы по волоконно-оптическим измерительным системам на основе световодных интерферометров. Рассмотрены одномодовые и мно-гомодовые волоконные интерферометрические устройства, отмечены их особенности.

В п.1.2. подробно проанализированы методы регистрации и обработки сигналов в интерферометрических волоконно-оптических датчиках физических величин. Рассмотрены способы счета интерференционных полос и гетеродинные методы, как наиболее эффективные и часто применяемые в ВОД фазового типа. Анализ литературы по дистанционным интерферометрическим ВОД представлен в п.1.3. Выполнен обзор основных направлений по созданию удаленных фазовых ВОД (п.1.3.1) и рассмотрено поведение интерференционного сигнала в таких устройствах (п.1.3.2), указаны основные проблемы и пути их решения. В п.1.4. сформулированы выводы по обзору литературы и вытекающие из обзора задачи.

Вторая глава диссертации посвящена анализу влияния спектральных характеристик лазерного источника на сигналы волоконных интерферометров.

В дистанционных волоконно-оптических датчиках необходимо применять раз-балансированные интерферометрические схемы: интерферометры Фабри-Перо, межмодовый, поляризационный, Маха-Цендера и Майкельсона с неравными плечами, Кольцевой бегущей волны. В этих случаях сигнал на выходе интерферометра зависит от спектральных характеристик оптического источника. В ГЛ. 2 изучено поведение сигналов разбалансированных интерферометров от частотной перестройке газового лазера.

В п.2.1. с использованием аппарата функций комплексной степени когерентности Получены выражения, для сигналов разбалансированных интерферометров разных типов.

Интенсивность света на выходе низкодобротного волоконного многомодового интерферометра Фабри-Перо характеризуется выражением:

и= 1

где Ь- длина интерферометра, /0- постоянная составляющая интенсивности, г, 2, л 2 - коэффициенты отражения и пропускания зеркал интерферометра по полю, С„,гя,/?т(й>0)- амплитудный коэффициент, временная задержка и постоянная распространения т-й моды световода, <а0 - центральная частота линии излучения оптического источника, а- коэффициент потерь в волокне по полю.

Аналогичные выражения получены для межмодового (2) и поляризационного (3) интерферометров:

/(I, Л) = (*) + £ ^ ОХ Е'я (Л) ■Епф)-\г(хп1~гп )| сЦ Д, К) - Д, (©„ )]*, (2)

/(¿) = /0 Кг, -г,) ¡ СОЗ4А(Й>о)-^(®О)]. (3)

где £„(й ) - т-ая модовая функция световода, К - пространственная координата на выходном торце волоконного световода тх у - временная задержка ортогональных

поляризационных мод.

В приведенных выражениях (1-3) спектральные характеристики оптического источника описываются функциями ! у(т}1, в том числе и при перестройке спектра излучения по частоте.

В п.2,2. представлены результаты подробного исследования спектральных характеристик малогабаритных газовых лазеров ( >.=0,63 мкм ), использованных в работе. Для этого применялся сканирующий интерферометр с внутренней диафрагмой. Наблюдения показали, что лазер работает в одночастотном или двухчастотном режимах генерации в зависимости от частотной настройки относительно центра линии излучения. Деухчастотный режим существовал в узкой области симметричной настройки частотных составляющих спектра и сопровождался их сильной конкуренцией. В остальной области наблюдался одночастотный режим, при этом полная мощность излучения лазера при перестройке спектра не превышала 5%.

Результаты исследования спектра лазерного источника позволили выполнить конкретные расчеты сигналов разных типов волоконных интерферометров в зависимости от длины световода и спектральных параметров лазера (п.2.3). При этом

особое внимание уделялось двум крайним случаям: 1) состоянию с высокой степенью когерентности при одночастотном режиме генерации и 2) состоянию частичной когерентности в двухчастотном режиме.

Наиболее сложные явления проявлялись в поведении сигналов волоконного интерферометра Фабри-Перо (п.2.3.1). Было установлено, что существует критическая длина световода , разделяющая два режима. При I < 1„р поведение сигналов в одномодовом и многомодовом интерферометрах одинаково и условию 1 = 2Ы, (где /-длина резонатора газового лазера, к = 1,2,3...) соответствует режим идентичный когерентному возбуждению интерферометра. При I = {2к + \)1 поведение интерференционного сигнала сопровождается сильным изменением амплитуды при симметричной настройке двух частотных составляющих излучения лазера. Последнее обстоятельство, очевидно, объясняется снижением степени когерентности оптического источника.

В рамках данной модели для полностью монохроматических частотных составляющих лазерного источника света в одномодовом интерферометре не существует критическая длина волокна.

Зависимость амплитуды сигнала при двухчастотном режиме генерации лазера от длины интерферометра I имеет вид периодической косинусоидальной функции при I < £,р и характеризуется пространственным периодом Ь„.

При Ь > £<р поведение многомодового интерферометра не зависит от соотношения длин световода и лазера - при любых длинах I существуют изменения амплитуды сигнала, соответствующие симметричной настройке лазера.

Величина 1„р интерферометра Фабри-Перо зависит от профиля показателя

преломления сердцевины волокна: для ступенчатого профиля Ц^" » 30м, для параболического профиля Ц^" « 2.6км.

В кольцевом волоконном интерферометре те же величины отличаются в два раза вследствие соответствующего уменьшения разности хода интерферирующих лучей при той же длине световода (п.2.3.2). « 60м , » 52км.

В п.2.3.3. рассмотрен межмодовый интерферометр. Показано, что в двухмо-довом режиме распространения целесообразно рассматривать длину волоконного интерферометра, при которой наступает первый нуль зависимости амплитуды интерференционного сигнала при двух частотном симметричном режиме генерации лазера: !,=£„/ 2. Эта величина разделяет два режима работы межмодового ин-

терферометра: при I« ¿, - отсутствует фединт амплитуды сигнала, связанный с изменениями спектра излучения лазера, в противном случае - возможны изменения амплитуды интерференционного сигнала при частотном дрейфе лазера.

Для многомодового световода величина I, играет роль аналогично случаю интерферометра Фабри-Перо. Для ступенчатого световода Л, » 30м, для градиентного параболического Ь, » 2.6км.

Аналогичный параметр введен для поляризационного интерферометра (п.2.3.4.). В этом случае величина зависит от длины биений поляризационных мод ¿¿.При =3мм величина £, =950.». Характер зависимости амплитуды сигнала от длины I интерферометра по-прежнему имеет вид косинусоидальной функции также как и в межмодовом интерферометре с двумя модами.

Результаты экспериментального исследования сигналов волоконных интерферометров при изменении спектральных характеристик лазера (п.2.4) хорошо согласуются с результатами теоретического анализа, представленными в п.2.3. При £<1„р и Ь = (2к + \)1 наблюдали значительные изменения амплитуды сигналов од-номодового и многомодового интерферометров (рис. 1,а; 2,а). При £<11ри Ь-2к1, амплитуда сигнала интерферометра практически не зависела от частотной перестройки лазера (рис.1.б; 2,а). В длинных многомодовых волоконных интерферометрах (I > 4Р) перестройка спектра излучения лазера всегда вызывала значительные изменения амплитуды сигнала независимо от длины волокна (рис.1,в; 2,6).

Результаты численного моделирования на ЭВМ поведения сигналов волоконного интерферометра при перестройке лазера и разных длинах интерферометра показали хорошее качественное согласие с результатами экспериментов (п.2.4.2).

В п.2.5 сформулированы основные выводы по ГЛ.2 и представлена итоговая таблица результатов анализа.

Глава 3 диссертации посвящена теоретическому анализу дистанционных ин-терферометрических волоконно-оптических датчиков (ДВОД). В п.3.1. развита обобщенная модель дистанционного датчика и выполнен ее подробный анализ. В модели содержатся (рис.3): подводящий световод, на котором укреплен волоконный фазовый модулятор, чувствительный интерферометр (пассивный, не имяющий каких-либо активных элементов) и отводящий световод.

Нулевой уровень ' ~ --———----

Рис. 1. Зависимость амплитуды сигнала кольцевого интерферометра от частотной настройки лазера.

а), одномодовое и многомодовое волокно. £ < £„р,£ = (2к + \)1.

б). одномодовое и многомодовое волокно. I < £1р,£ = 2к1,1»4м.

в), многомодовое градиентное волокно. I > ¿>р

а)

о)

Г...... 'Г,

Рис.2. Зависимость относительной величины минимума сигнала от длины интерферометра при {бсо / ст) = 05:

а) одномодовый и многомодовый кольцевой ВОН. X <£>р.

б) многомодовый кольцевой ВОН, большой длины. Ь > I .

№

ФМ

Е573 Ег ^

Е0

к Ъ к

Рис.3. К обобщенной схеме дистанционного волоконно-оптического датчика: ФМ - Фазовый модулятор; , 2 3 - поля на входе, после 1-, 2- и 3- го световодов;

112 з - длины 1-, 2- и 3-го отрезков волокна; /(/) - модулирующий сигнал.

В качестве подводящего волокна предлагается использовать одномодовый анизотропный световод при возбуждении его по одной из главных диэлектрических осей, что обеспечивает создание фазовой модуляции с минимальными добавками других видов модуляции. Для дистанционных датчиков необходимо выбирать такой чувствительный интерферометрический элемент, который бы содержал по крайней мере два независимых канала распространения световой волны, имеющих неравные оптические длины.

Выражение для интерференционного сигнала на выходе такой волоконной схемы по своей форме совпадает с аналогичным выражением для обычного интерферометра:

1(х,у) = 1<>(х,у) + А1.собКД^з, - ) +«к Г>(Г-/')], (4)

где <р'п = 2<рт зт[(г2, -т22)/2], (5)

- индекс фазовой модуляции в чувствительном интерферометре, и /0 - постоянная составляющая светового^потока,

■ А1- интенсивность интерференционной составляющей,

в рп,рг2,¿21,постоянные распространения и геометрические длины в двух каналах чувствительного элемента, ,

ш д>т - индекс фазовой модуляции света в подводящем волокне,

■ , т21 - временные задержки световой волны в двух каналах среднего волокна.

Выражения (4) и (5) наглядно показывают две важные особенности рассматриваемой дистанционной схемы: 1) возможность получения модулированного интерференционного сигнала при модуляционном воздействии на подводящий световод, что позволяет обеспечить "пассивность" чувствительного элемента; 2) выходной сигнал всей схемы не зависит от неинформационных воздействий на подводящий и отводящий световоды (в нем отсутствуют члены, содержащие фазовые набеги све-

товой волны в первом и третьем волокнах), что создает предпосылки для дистанционных измерений. ----------

В п.3.2. проведен анализ дистанционного датчика на основе низкодобротного интерферометра Фабри-Перо. Вследствие большой разности хода интерферирующих лучей показана высокая чувствительность данной схемы и легкость получения необходимого индекса модуляции для обеспечения нормальной работы счетно-регистрирующего электронного устройства. Так при длине чувствительного интерферометра £2 = Юм для достижения индекса модуляции <р'т = 1ряЭ. Необходимо на частоте модуляции П=30кГц иметь индекс модуляции на подводящем волокне <рт » 53ряА Увеличение или О приводит к снижению индекса.

Аналогичный анализ выполнен для дистанционной схемы с межмодовом интерферометром (п.3.3). В виду малой разности оптических путей интерферирующих мод ( по сравнению с интерферометром Фабри-Перо тех же размеров) необходимо существенное увеличение длины волокна £2 или индекса модуляции (?т. Так для ср'п = 1рд<3. при П=30кГц, .1, = 1000,<рт = 157ро).

В п.3.4 проведен подробный анализ поляризационного дистанционного интерферометра на одномодовых световодах с использованием формализма матриц Джонса (рис.4).

ДО

Я

ФМ

ч

.X,

45»

X,

-X,

X,

Хг

Рис 4. Структурная схема оптической части поляризационного ДВОД на одномодовом двулучепреломляющем световоде. Адз - Длины подводящего, чувствительного и отводящего

световодов; ФМ - фазовый модулятор; П - поляризатор (анализатор состояния поляризации).

Результирующий сигнал на выходе такой схемы имеет аналогичную предыдущим случаям форму. Существенной особенностью данного случая является зави-

симость индекса модуляции в поляризационном интерферометре <р'„ от величины двулучепреломления второго волокна:

<р'т = 2<рт $тр> .Ш2®](#-ЮЪ (5)

где о-оптическая частота, р{ -- разность постянных распространения поляризационных мод анизотропного волокна (двулучепреломления световода ¿2), Д1 -Щ - 2п! 1б. Ьб -длина волны поляризационный биений. При предыдущих'условиях необходим индекс модуляции на подводящем волокне <рт - 8000ра<Э. для Ьв = 3 мм.

В п.3.5. обсуждены особенности дистанционных интерференционных схем разного типа: интерферометра Фабри-Перо (п.3.5.1), межмодового интерферометра (п.3.5.2), поляризационного интерферометра (п.3.5.3). В частности, рассмотрены вопросы влияния на полезный сигнал нагрева подводящего и отводящего волокон, возникновения паразитной модуляции и др.

В п.3.6 рассмотрено влияние внешних паразитных воздействий на подводящий и отводящий световоды дистанционного интерферометра и оценена величина отношения сигнал/помех для квазистатических и гармонических возмущениях. Даны рекомендации по выбору элементов волоконной схемы для обеспечения заданных параметров датчикового интерферометрического устройства (п.3.7).

В п.3.8 сформулированы выводы по ГЛ.З.

Результаты экспериментальных исследований дистанционных фазовых волоконно-оптических датчиков физических величин представлены в главе 4.

В п.4.1, рассмотрены различные методики экспериментальных измерений. Для регистрации интерференционных сигналов применялась вспомогательная гармоническая фазовая модуляция на подводящем световоде и детектирование первой и второй гармоник полезного сигнала (п.4.1.1). Это позволяло обеспечить реверсивный счет интерференционных полос с точностью до я/2 (пп.4.1.1.1,4.1.1.2.).

В п.4.1.2 обсуждены вопросы поляризационного согласования трех отрезков волоконных световодов. Проанализирован метод вращающего поляризатора, позволяющих быстро и эффективно выполнить настройку схемы.

В п.4.1.3. рассмотрена методика калибровки фазового волоконно-оптического модулятора с помощью интерферометра Фабри-Перо.

В п.4.2 представлены результаты исследования макета дистанционного волоконно-оптического датчика на основе интерферометра Фабри-Перо. В схеме использовался волоконный интерферометр с напыленными диэлектрическими зеркалами (Л = 60%) и пьезокерамический фазовый модулятор на резонансной частоте (О/2я) = ЗОкГц, обеспечивающий индекс модуляции ?>„ «ЮООрвд. (п.4.2.1). Наблюдавшиеся интерференционные сигналы подробно обсуждены в п.4.2.2. С данным макетом датчика выполнены измерения тепловых и механических (рис.5) воздействий на чувствительный элемент. При указанном выше методе регистрации получены точности измерения температуры АТтй1 =0.001° с и механических удлинений Л^т = 0.1мкм.

дч>0 л/г (рад)

Рис.5. Показания счетчика при подаче'статического напряжения на пьезокерамический модулятор в чувствительном интерферометре (зависимость 1) и в подводящем волокне (зависимость 2).

и, в

В п.4.3 приведены результаты измерений с дистанционным межмодовым интерферометром. Применялся в качестве чувствительного элемента многомодовый градиентный световод длиной 12 « 440м и мзломодозый световод длиной 12 « 350м. Тракт подводящего световода оставался одинаковым во всех макетах и содержал одномодовый анизотропный волоконный световод с пьезокерамическим фазовым модулятором в форме цилиндра с намотанным на него волокном в первичный оболочке длиной-б.ч (п.4.3.1). Между вторым и третьим волокнами схемы устанавливался пространственный фильтр (регулируемая диафрагма). Были измерены тепловые воздействия на все волокно Ь2 (рис.6) при двух значениях диафрагмы и механические воздействия на часть волокна 12 в форме катушки диаметром 28лш с 14

витками, сжимаемой между двумя пластинами (рис.7). Изменения диаметра изогнутой части волокна от 2(мм до 19мм вызывало сдвиг фазы интерференционного сигнала ~ на 190рад.

Рис.6. Результаты экспериментального измерения температурных воздействий на удаленный межмо-довый интерферометр. 1-пропускание диафрагмы 25% ; 2- пропускание диафрагмы 70%

250

¡00

а

| 100

и

50

0

V 19 II 23 25 27

В п.4.4. приведены результаты экспериментального исследования макета с дистанционным поляризационным одномодовым интерферометром. Чувствительным элементом служил анизотропный световод с 12 = З50.м и длиной волны биений Ь6 = Ъмм. Были измерены тепловые воздействия на чувствительный элемент, про-демонстрирование работоспособность макета и достаточную линейность рабочей характеристики.

В п.4.5. сформулированы выводы по ГЛ.4.

Рис. 7. Показания измерительной системы при изгибе чувствительного многомодового волокна.

Заключение

_ Проведенные исследования, результаты которых составляют содержание настоящей диссертационной работы, позволяют сделать два главных вывода.

Во - первых, показана принципиальная возможность создания дистанционных волоконно-оптических датчиков на основе разных типов интерференции, что повышает их эффективность и расширяет измерительные возможности.

Во - вторых, продемонстрирован единой подход для разных типов интерферометров с помощью волоконного фазового модулятора на подводящем волоконном световоде. Это снижает требования к характеристикам оптического источника, упрощает схему датчиков, увеличивает число пригодных для удаленных измерений излучателей света.

Практическая актуальность, а также особенности физических процессов, позволяют выделить вопросы дистанционных интерферометрических волоконно-оптических датчиков в самостоятельную область исследования. Не претендуя на исчерпывающее изучение всех возникающих проблем, настоящая работа посвящена первому систематическому исследованию этого направления.

Конкретизируя полученные в оаботе результаты, остановимся на наиболее важных из них :

1. Разработана обобщенная теоретическая модель дистанционных интерферомет-лческих волоконно-оптических датчиков. На основе этой модели выполнен анализ <ем с интерферометрами Фабри-Перо, кольцевым бегущей волны, межмодовой ин-¡рференцией, поляризационным интерферометром.

2. Теоретически и экспериментально показана возможность реализации дистанци--1ных интерферометрических измерителей с пассивным чувствительным элементом зи осуществлении фазовой модуляции на подводящем волоконном световоде. На •ом принципе впервые исследован удаленный датчик на основе межмодовой интер-еренции.

3. Исследовано влияние частотной перестройки излучения лазера на сигналы волосных интерферометров. Определены оптимальные параметры оптических измерили для снижения амплитудного "фединга" сигнала.

4. Показано, что для разделения физических воздействий, необходимо выбирать щ интерференции, позволяющий получить наибольшую чувствительность к измерявши физическим величинам (для изотропных возмущений - интерферометры типа

Фабри-Перо, для "анизотропных" воздействий - поляризационный интерферометр, дл: возмущений приводящих к изгибам волокна - межмодовый интерферометр).

5. Разработаны экспериментальные методики вспомогательных измерений функ ционирование дистанционных интерферометрических датчиков (измерение оптически спектров скандирующим интерферометром, калибровка фазовых модуляторов, пол? ризационное согласование отдельных волоконных световодов с помощью вращающе гося поляризатора ).

Литература

1. Бутусов М.М., Галкин С.Л., Пал Б.П., Волоконная оптика и приборостроение. - Л.: М; шиностроение, 1987.

2. Окоси Т., Окамото К., Оцу М. И др. Волоконно-оптические датчики. - Л.: ЛО Энергс атомиздат, 1991.

3. Дейкин Дж и Калшо Б, Оптоволоконные сенсоры. Принципы и компоненты. Вып.1. - М. Мир, 1992.

4. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: Физические основы, вопроа расчета и применения. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

5. Красюк Б.А., Семенов О.Г., Шерементьев А.Г., Шестериков В.А. Световодные датчике - М.: Машиностроение, 1990.

6. Ginevski S.P., Koiov O.I., Liokumovich L.B., Medvedev A.V., Nikolaev V.M., and Petrun'ki V.Yu. Fiber-Optic interferometric remote sensor. Pis'ma Zh. Tekh. Fiz.21,1995, pp.62-66.

7. Zheng G., Campbell M., Wallance P.A. and A.S. Holmes - Smith. Single - piece - fibe FMCW remote strain sensor with environment - insensitive Lead - in and Lead - out fibers. - SPIE 1996, Vol. 2839, pp. 272-276.

8. Campbell M., Zheng G., Wallance P.A. and A.S. Holmes - Smith. Reflektometrik Birefringer Fiber Absolute and Relative Strain Sensor with environment - insensitive Lead - in / Lead - out f ber. - SPIE, 1996, Vol. 2895, pp. 222 - 226.

Список публикаций по теме диссертации

1. Зехрауи Буабид, М.Н. Манонов. Моделирование распространения оптических импул) сов в многомодовых волоконных световодах с учетом когерентности источника излучения межмодовой интерференции// 49-я НТК профессорско-преподавательского состава научны сотрудников и аспирантов: Тез.докп.// СПбГУТ, - СПб, 1996, с. 15.

2. Зехрауи Буабид, Лиокумович Л.Б. Дистанционный волоконно-оптический датчик на ot нове световодного интерферометра Фабри-Перо. НТК студентов и аспирантов (25-я юбк лейная неделя науки СПбГТУ): Тез.докп.// СПБГТУ. - СПб, 1996, с.320.

3. Зехрауи Буабид, Юркина А. Ю. Разработка установки для контроля поляризационных :арактеристик одномодовых волоконных световодов (АОВС) // 50-я НТК профессорско-)реподавательского состава научных сотрудников и аспирантов: Тез.докл.// СПбГУТ. - СПб, 1997, с,13.

4. Зехрауи Буабид, Лиокумович Л.Б. Дистанционные интерферометрические волоконно-)птические датчики физических величин// 50-я НТК профессорско-преподавательского :остава научных сотрудников и аспирантов: Тез.докл.// СПбГУТ. - СПб, 1997, с.14.

5. Зехрауи Буабид. Экспериментальные исследования дистанционных волоконно-итерферометрических датчиков// 51-я НТК студентов и аспирантов: Тез.докл.// СПбГУТ. -:Пб, 1997, с.29-30.

6. Зехрауи Буабид. Исследование поведения амплитуды сигнала волоконно-<нтерферометрических схемах с учетом когерентных свойств источника оптического «лучения// 51-я НТК студентов и аспирантов: Тез.докл.// СПбГУТ. - СПб, 1997, с.ЗО.

7. Зехрауи Буабид, Котов О.И., Лиокумович Л.Б.и др. Преобразование фазовой модуляции света в модуляцию интенсиэности с помощью внешнего волоконно-оптического интерферометра. Письма вЖТФ, 1997, Т.23, Вып. 10, с.9-16.

8. Зехрауи Буабид, Котов О И., Лиокумович Л.Б. и др. Влияние спектральных характеристик газового лазера на сигнал волоконно-оптических интерферометров. Письма в ЖТФ, 1997. Т.23, Вып.20, с.61

9. Zehraoui Bouabid, Kotov О.I., Liokumovitch L.B. at all. Remote Fiber-optic interferometer sensors for nondestructive testing// SPIE, 1997, (to be published).

Подписано к печати 11.11,97г. Объем 1 пач.л. Тираж 60 экз. Зак.

РИО СПб. ГУТ 191186, С.-Петербург. ,наб.р. Мойки д.61