к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Оптоволоконные приёмники звука

Оптоволоконные приёмники звука - приёмники, действие к-рых основано на изменении параметров световода (показателя преломления, длины, формы и т. п.) под действием звуковой волны и возникающей в результате этого модуляции характеристик световой волны (фазы, поляризации, амплитуды), распространяющейся в световоде. В состав О. п. з. входят источник света (лазер, светодиод), чувствит. элемент - световод и фотоприёмник, регистрирующий изменения мощности света на выходе световода, либо оптич. система обработки выходного сигнала. В большинстве конструкций О. п. з. применяется также акустомеханич. преобразователь, обеспечивающий заданный характер деформаций световода под действием звуковой волны. В соответствии с тем, какой из параметров света используется для определения характеристик звуковой волны, О. п. з. подразделяют на интерферометрич., поляризац. и амплитудные.
В приёмниках на основе фазовой модуляции света приём звука осуществляется с помощью интерферометрич. схем (Маха - Цендера, Майкельсона, Фабри - Перо и др.) благодаря интерференции световых волн, по-разному промодулированных звуком. Изменение фазы световой волны15022-34.jpg происходит в результате изменения эфф. показателя преломления nэф и длины световода L под действием звукового давления р:

15022-35.jpg

где15022-36.jpg - длина волны света. Простейший приёмник на основе фазовой модуляции света (рис. 1) представляет собой двухплечевой оптоволоконный интерферометр, в одном плече к-рого расположен сигнальный световод 4, помещённый в акустич. поле, в другом - опорный световод 5, изолированный от звука либо обладающий меньшей чувствительностью к звуковому давлению, что достигается соответствующим выбором упругих свойств покрытий световода, его длины и др. Световые волны, выходящие из опорного и сигнального световодов, интерферируют на фотокатоде, в результате чего мощность света, попадающего на фотоприёмник 6, модулируется в соответствии с изменяющейся разностью фаз между волнами. На выходе фотоприёмника при этом наблюдается электрич. сигнал звуковой частоты.
В О. п. з. на основе одноплечевого интерферометра Фабри - Перо модуляция фазы света в световоде преобразуется в модуляцию интенсивности благодаря многолучевой интерференции лучей разл. порядков отражения от торцов световода.
В интерферометрич. О. п. з. применяются как одномо-довые, так и многомодовые световоды. В приёмниках с многомодовыми световодами может использоваться также межмодовая интерференция. Оптим. режим работы приёмника определяется условием15022-37.jpg где15022-38.jpg - пост. разность фаз интерферирующих волн. Сигнал на выходе приёмника линейно зависит от звукового давления при условии15022-39.jpg 1.
Поляризац. модуляция в О. п. з. (рис. 2) имеет место при наличии анизотропных напряжений и деформаций в световоде 4 (закручивание, сжатие, изгиб), к-рые обусловливают двулучепреломление в одномодовых волоконных световодах. В таком анизотропном оптич. волокне оказывается возможным распространение двух ортогонально поляризов. световых волн с разл. фазовыми скоростями. Воздействие акустич. волны на двулучепреломляющий световод вызывает изменение разности фаз между ортогонально поляризов. модами, к-рое преобразуется с помощью поляризац. анализатора 6 в модуляцию интенсивности света на фотоприёмнике 7. Оптим. режим работы и условие линейности определяются теми же соотношениями, что и для интерферомет-рпч. приёмников. В поляризац. приёмниках широко применяются акустомеханич. преобразователи в виде цилиндра 5 из упругого материала (резины, пластмасс и т. п.), на к-рый навит чувствит. элемент - одномодовый световод 4.

15022-40.jpg

Рис. 1. Приёмник звука с интерферометром Маха - Цендера: 1 - лазер, 2 - микрообъективы; 3 - ответвители; 4 - сигнальный световод на катушке; 5 - опорный световод; 6 - фотоприёмник.
15022-41.jpg

Рис. 2. Поляризационный приёмник звука: 1 - лазер; 2 - четвертьволновая пластина; 3 - микрообъективы; 4 - световод; 5 - упругий цилиндр; S - поляризационный анализатор; 7 - фотоприёмники.

Модуляция спета в амплитудных приёмниках связана, как правило, с появлением под действием звука дополнит. потерь оптич. мощности (на изгибах и микроизгибах световода, вследствие изменения числовой апертуры световода, в результате дифракции света на звуке достаточно высоких частот и др.). В приёмниках этого типа применяются как одномодовые, так и многомодовые световоды. Наиб. типичный акустомеханич. преобразователь 4 амплитудного приёмника (рис. 3) представляет собой две зубчатые пластины, между к-рыми помещён волоконный световод. Воздействие звукового давления на пластины вызывает изменение расстояния между ними и соответственно изменение профиля изгиба световода, что приводит к модуляции потерь оптич. мощности в световоде. Чувствительность приёмника зависит от профиля показателя преломления световода, формы изгиба и распределения энергии по модам. Использование пространственных фильтров позволяет возбуждать и детектировать заданные моды и перестраивать таким образом чувствительность приёмника.

15022-42.jpg

Рис. 3. Амплитудный приёмник звука: 1 - лазер; 2 - объективы; 3 - световод; 4 - акустомеханический преобразователь - зубчатые пластины; 5 - фотоприёмник.

Акустич. преобразование в чувствит. элементе О. п. з. удобно характеризовать параметром15022-43.jpg представляющим относит. изменение мощности света I на выходе световода под действием звукового давления, приведённое к единице длины световода и единице давления:

15022-44.jpg

Этот параметр определяет чувствительность О. п. з. М [мкВ/Па], к-рая обычно пропорц. длине световода L и мощности источника света. Наиб. высоким значением15022-45.jpg характеризуются, как правило, интерферометрич. приёмники. Напр., для приёмника на основе интерферометра Маха - Цендера с чувствит. элементом в виде кварцевого световода с полиамидным покрытием, навитого на цилиндр из полиуретана, значение15022-46.jpg = 10-1 - 10-2 рад/м х Па. Соответствующий параметр О. п. з. на основе поляризац. модуляции в том же чувствпт. элементе прибл. на два порядка меньше.
Достоинствами О. п. з. являются слабая подверженность влиянию эл--магн. помех, относительно высокая чувствительность и большой динамич. диапазон, возможность стыковки с системами оптич. обработки информации и относит. простота способов построения приёмников с распределёнными параметрами. О. п. з. находят применение в качестве гидрофонов, микрофонов, виброметров. Порог чувствительности, т. е. мин. звуковое давление, обнаруживаемое на фоне собств. шумов, для большинства О. п. з. сопоставим с порогом слышимости (см. Пороги слуха)и уровнем шумов океана и составляет ~ 0 - 40 дБ относительно 1 мкПа/Гц1/2. При этом характерный динамич. диапазон большинства О. п. з. составляет 110 - 130 дБ. Осн. вклад в собств. шумы О. п. з. дают дробовой эффект в фотоприёмнике и шумы источника света (частотные и амплитудные). Последние преобладают на НЧ (десятки, сотни Гц). Значит. влияние на параметры О. п. з. могут оказывать температурные и вибрац. внеш. воздействия. Они, в частности, вызывают нарушение оптим. режима работы и наиб. существенны для интерферометрич. О. п. з. Температурный коэф. изменения фазы света в кварцевом световоде составляет ~100 рад/м х град и превышает соответствующий коэф. поляризац. приёмников на 2 - 3 порядка.
Для уменьшения влияния флуктуаций параметров световода из-за внеш. воздействий применяют металлизиров. покрытия световодов, эл--механич. и эл--оптич. системы, изменяющие длину опорного плеча, системы оптич. обработки сигнала на основе методов динамич. голографии в фоторефрактивных средах.

Литература по оптоволоконным приёмникам звука

  1. Лямшев Л. М., Смирнов Ю. Ю., Волоконнооптические приемники звука. Обзор, "Акуст. ж.", 1983, т. 29, № 3, с. 289;
  2. Бадаев В. И., Мишин Е. В., Пятахин В. И., Волоконно-оптические датчики параметров физических полей, "Квантовая электроника", 1984, т. 11, № 1, с. 10;
  3. Сulshaw В., Optical fibre sensing and signal processing, L., 1984.

Ю. Ю. Смирнов

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 10.11.2021 - 12:37: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от д.м.н. Александра Алексеевича Редько - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:35: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 12:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вадима Глогера, США - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 09:18: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> Волновая генетика Петра Гаряева, 5G-контроль и управление - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 09:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 09:16: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 09:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Екатерины Коваленко - Карим_Хайдаров.
10.11.2021 - 09:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вильгельма Варкентина - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution