Датчики на основе эффекта Фарадея

Следующие три раздела посвящены обсуждению принципов действия и основ конструирования волоконно-оптических датчиков магнитного поля. Мы начнем с рассмотрения датчиков, основанных на эффекте Фарадея, в которых взаимодействие с измеряемым магнитным полем происходит непосредственно в самом волокне; и продолжим изучением магнитострикционных датчиков и датчиков на основе силы Лоренца, в которых с помощью волокна измеряется отклик чувствительного материала на приложенное поле. Список литературы в конце главы следует рассматривать скорее как представительный, чем как исчерпывающий.

Датчики на основе эффекта Фарадея.

Свету, распространяющемуся через любую среду, присуще свойство поляризации. Состояние поляризации в любой точке характеризуется функцией зависимости вектора электрического поля Е световой волны в этой точке от времени. В наиболее общем случае конец вектора поля Е с течением времени описывает в пространстве эллипс. Такая поляризация называется эллиптической. Можно выделить два частных случая: когда эллипс становится окружностью (круговая поляризация) и когда эллипс вырождается в линию (линейная поляризация). Состояние поляризации любой распространяющейся волны может быть представлено как суперпозиция двух волн, имеющих ортогональные состояния поляризации, например, две ортогональные линейно поляризованные волны или две волны с круговой поляризацией, имеющие противоположные направления вращения. Если состояние поляризации некоторым образом изменяется при распространении излучения через вещество, такое вещество называют двулучепреломляющим и свойства двулучепреломления можно характеризовать по типу волн, на состояние поляризации которых среда не влияет. Таким образом, состояние поляризации излучения с круговой поляризацией остается постоянным в веществах, имеющих круговое двулучепреломление. Однако те же самые материалы сильно влияют на состояние поляризации линейно поляризованного излучения, где плоскость поляризации линейно поляризованного излучения поворачивается на угол в после прохождения через круговую двулучепреломляющую среду. В общем, полное изменение состояния поляризации зависит от расстояний, проходимого излучением в двулучепреломляющем веществе, величины и вида двулучепреломления и состояния поляризации на входе.

См. также:  Феноменологическое описание поляризации и запаздывания

image142

Фарадей открыл, что во многих материалах круговое двулучепре-ломление возникает под воздействием приложенного магнитного поля. Следовательно, можно измерять магнитное поле, используя линейно поляризованное излучение и измеряя величину кругового двулучепреломления, возникшего в определенных материалах под воздействием внешнего магнитного поля. Именно этот механизм используется в волоконно-оптических датчиках магнитного поля, основанных на эффекте Фарадея.