法拉第效应的应用.ppt

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赵新宇
法拉第效应的应用
汇报时间：12月20日
Annual Work
Summary Report
#2022
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，出检偏器的线偏振光经过放置介质时，偏转方向也右旋转45度，从而使反向光的偏振方向与起偏器方向正交，完全阻断了反射光的传输。
法拉弟磁介质在1μm～2μm波长范围内通常采用光损耗低的钇铁石榴石(YIG)单晶。
01
03
02
英国Leysop公司制造
FOI 5/57
FOI 5/711
光圈(mm)
5
5
波长(mm)
500 - 900
900 - 1100
隔离(dB)
>=30
>=30
插入损失(dB)
<=
<=
优化波长范围
500 - 750nm
轮的固定的波长约±5°
750 - 850nm
800 - 900nm
尺寸(mm)
Excluding Polarisers
60 dia x 58 long
75 dia x 75 long
With Polarisers
60 dia x 100 long
75 dia x 120 long
THANKS
感谢观看
Bye 202X