Фазочувствительный детектор

Оптическая мощность Р на выходе интерферометра Маха-Цендера как функция разности фаз ф определяется формулой

Поскольку коэффициент пропорциональности зависит от Jo для 2а; сдвига фазы, большой сдвиг фазы при 2а; может сильно повлиять на выход интерферометра при ш. Несложно сконструировать преобразователи, для которых ф2Ш » 1 рад даже при умеренных значениях амплитуды возмущающего поля. Например, в системе из 10 м волокна, намотанного на цилиндрический преобразователь с Ceff = 1,0х10-6 Э-2, при Л = 0,83 мкм достигается ф2и ~ 10 рад при максимуме возмущения h = 0,5 Э. Поскольку Jo(10) ~ 0,25, отклик при ш уменьшится на 75% из-за присутствия сдвига фазы 2а;. Более того, если попытаться такой же преобразователь использовать в таких же условиях для измерения низкочастотных полей, к примеру, в диапазоне пТ, то, даже пренебрегая интерферометрическим эффектом, описанным выше, отношение 2а; сдвига фазы к ш сдвигу фазы для поля 1 — пТ превышает значение 105 (100 дБ по амплитуде). При этом потребуется синхронизирующий усилитель с динамическим резервом свыше 100 дБ.

Для решения «проблемы 2а;» разработано множество методов. Самый простой первый шаг заключается в электронной фильтрации выходного сигнала интерферометра. Этот метод позволяет снизить требования к динамическому резерву синхронизирующего усилителя, но не решает собственно проблему интерферометрии. Наилучший метод, позволяющий преодолеть снижение выходного сигнала интерферометра, обусловленное Jo (2а;), использует механические резонансы преобразователя. Представлена частотная характеристика преобразователя цилиндрической формы из металлического стекла.

На графике выделяются два резонансных максимума, за которыми следует быстрый спад характеристики в области высоких частот. Если частоты действующего на цилиндр возмущающего поля таковы, что 2и находится далеко за пределами области резонанса, то сам преобразователь действует как механический фильтр, устраняя сдвиг фазы 2а; из интерферометра и, следовательно, обеспечивая Jo (2а;) « 1.

См. также:  Волоконно-оптические датчики с низким уровнем сигнала

Наконец, на практике было установлено, что поведение магнитострикционных преобразователей не подчиняется строго модели когерентного вращения, описываемой уравнением. Оказалось, что появляется дополнительная составляющая деформации при о;, не являющаяся линейной функцией постоянного поля и ненулевая даже при ifo, стремящемся к нулю. Эта дополнительная составляющая называется остаточным сигналом. Сильный остаточный сигнал требует, чтобы синхронизирующий усилитель имел достаточно большой динамический диапазон, часто за счет разрешения.