• Волоконно-оптические измерения физических величин методом низкокогерентной волоконно-оптической интерферометрии
• Новые волоконно-оптические элементы и конфигурации низкокогерентных волоконных интерферометров
• Датчики физических величин на основе волоконно-оптических низкокогерентных интерферометров

• Моршнев Сергей Константинович, д.ф.-м.н., в.н.с.
• Отрохов Сергей Юрьевич, к.ф.-м.н., ст.н.с.
• Сазонов Александр Иванович, к.т.н. ст.н.с.
• Пржиялковский Ян Владимирович, к.ф.-м.н., с. н.с.
• Коваленко Виктор Григорьевич, к.ф.-м.н., н.с.
• Ивачева Нина Михайловна, лаборант

Основные результаты исследований (2011-2020 г.г.)

• С использованием метода низкокогерентной волоконной интерферометрии впервые экспериментально исследованы физические закономерности эффекта Фарадея в микроструктурном световоде с подвешенной кварцевой жилой. Выявлено эффективное накопление фарадеевского фазового сдвига по длине световода. Установлена независимость магнитооптической чувствительности от радиуса изгиба световода. Выявленные закономерности позволили предложить на основе данного микроструктурного световода миниатюрный (почти на порядок меньше чем с использованием традиционных spun световодов) магниточувствительный волоконный контур для датчика электрического тока.
• На основе микроструктурного spun световода предложена новая цельноволоконная оптическая схема для датчика электрического тока, Схема обеспечивает более высокое быстродействие, больший динамический диапазон, упрощается технология сборки.
• Показана возможность улучшения в несколько раз пороговой чувствительности волоконно-оптического датчика электрического тока с чувствительным элементом на spun-волокне с малой собственной эллиптичностью.
• Предложена, теоретически обоснована и экспериментально проверена новая схема чувствительного элемента на основе микроструктурного spun-волокна с высоким двулучепреломлением. Схема позволяет создать малогабаритный и вибростойкий чувствительный элемент датчика электрического тока.
• Предложена конфигурация чувствительного элемента, позволяющая скомпенсировать отрицательное влияние изгибного двулучепреломления на видность измерительного интерферометра датчика тока. Улучшение достигает 2.5 раз по сравнению с контуром традиционной геометрии.
• Исследованы физические механизмы, определяющие отклик фарадеевского волоконно-оптического датчика тока на импульсы электрического тока. Установлено, что отклик датчика на прямоугольный импульс тока имеет линейные фронты с длительностью, определяемой соотношением длительности импульса тока и времени распространения излучения по чувствительному spun–световоду.
• Предложен способ повышения отношения сигнал/шум отклика волоконно-оптического датчика на эффекте Фарадея при регистрации импульсов электрического тока длительностью не более времени прохождения света по чувствительному волоконному контуру. Способ основан на установленном факте - наличии оптимальной частотной полосы, при которой отношение сигнал/шум имеет выраженный максимум.
• Предложена и исследована схема широкополосного волоконно-оптического датчика коротких импульсов тока с подавлением избыточного шума низкокогерентного излучения. Экспериментально показано уменьшение избыточного шума на 15 дБ. Продемонстрировано использование предлагаемого датчика для регистрации импульсов тока длительностью 200 нс.

1. N. I. Starostin, V. P. Gubin, Yu. K. Chamorovsky, Y. V. Przhialkovskiy, A. I. Sazonov, A.I. Boev, and V. G. Kovalenko, “Faraday Optical Phase Modulator on Microstructured Spun Fiber ”, Optical Memory and Neural Networks (Information Optics), Vol. 20, No. 2, pp. 90-97, 2011.
2. В.П.Губин, С.К.Моршнев, Н.И.Старостин, Ю.К.Чаморовский, А.И.Сазонов, Я.В.Пржиялковский, А.И.Боев, «Эффективная прямая магнитооптическая модуляция фазы световых волн в микроструктурированном spun-волокне» Квант. электрон, т.41 (9), 815-820, 2011.
3. Отрохов С.Ю., Чаморовский Ю.К., Шатров А.Д. «Основные характеристики мод и контрастность профиля показателя преломления W-световода». Радиотехника и электроника. Т. 57, № 8, 910-917, 2012.
4. Пржиялковский Я.В., Моршнев С.К., Старостин Н.И., Губин В.П. «Распространение широкополосного оптического излучения в spun- волокне с высоким двулучепреломлением» // Квант. Электрон.,2013. т.43 (2), 167–173.
5. Моршнев С.К., Губин В.П., Пржиялковский Я.В., Старостин Н.И. «Температурные зависимости фазового и группового двойных лучепреломлений в spun волокнах» // Квант. электрон. 2013,т.43(12), стр.1143-1148.
6. Я. В. Пржиялковский, С. К. Моршнев, Н. И. Старостин, В. П. Губин, «Модифицированный чувствительный элемент волоконно-оптического датчика тока на spun-волокне с малой собственной эллиптичностью» // Квант. электрон., (2014),44 (10), 957-964
7. С. Ю. Отрохов, Ю.К.Чаморовский, А.Д.Шатров. Характеристики мод планарных W-световодов с произвольной контрастностью профиля показателя преломления // Оптический журнал. 2014, Т.81, № 1, 59-65.
8. В. П. Губин, С. К. Моршнев, Я. В. Пржиялковский, Н. И. Старостин, А.И. Сазонов. Экспериментальное исследование взаимного влияния волоконных фарадеевских элементов в интерферометре на spun-волокне // Квант. электрон.,2015,45(8)754-758
9. Пржиялковский Я.В., Моршнев С.К., Старостин Н.И., Губин В.П. “Распространение поляризованного света в изогнутых hi-bi spun волокнах” // Квантовая электроника, 45 (11), 1075-1082 (2015).
10. С.К. Моршнев, В.П. Губин., Н.И. Старостин, Я.В. Пржиялковский, А.И. Сазонов. «Влияние защитного покрытия на случайные вариации двулучепреломления в анизотропных оптических волокнах при изменении их температуры»// Квантовая электроника. 46, №10, 2016 , стр.911-918.
11. S.A. Vasiliev, Ya.V. Przhiyalkovsky P.I. Gnusin, O.I. Medvedkov and E.M. Dianov. Measurement of high-birefringent spun fiber parameters using short-length fiber Bragg gratings. OPTICS EXPRESS Vol. 24, No. 11,2016 p.p.11290-11298
12. Y. V. Przhiyalkovsky, S. A. Vasiliev, O. I. Medvedkov, S. K. Morshnev, and E. M. Dianov. Polarization state evolution in spun birefringent optical fibers Journal of Applied Physics 2017,122, рр.123104-1 123104-9.
13. Я. В. Пржиялковский, В. П. Губин, Н. И. Старостин, С. К. Моршнев, А. И. Сазонов Регистрация импульсов электрического тока волоконно-оптическим датчиком с использованием spun-световодов. Квантовая электроника, 2018, т.№ 48 стр.62-69.
14. С. К. Моршнев, В. П. Губин, Н. И. Старостин, Я. В. Пржиялковский, А. И. Сазонов Температурная эволюция видности интерферометра датчика тока с волоконным контуром малого радиуса . Квантовая электроника, 2018, т.48 стр.275-282.
15. С.К. Моршнев, В.П. Губин, Н.И. Старостин, Я.В. Пржиялковский. А.И. Сазонов Измерение длины биений в двулучепреломляющих волоконных световодах . Фотоника, 2018 т.12, №6 (74).
16. С. Ю. Отрохов. Вытекающие моды и параметры планарных W-световодов. //Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2018. N8. URL: http://jre.cplire.ru/jre/aug18/2/text.pdf. DOI 10.30898/1684-1719.2018.8.2
17. V P Gubin, N I Starostin, Ya V Przhiyalkovsky, S K Morshnev, A I Sazonov, "Recording of pulsed currents by a fibre-optic Faraday effect-based sensor with limited frequency band", QUANTUM ELECTRON, 2019, 49 (9), 887–893.
18. Yan V. Przhiyalkovskiy; Nikolay I. Starostin; Vladimir P. Gubin; Sergey K. Morshnev; Aleksandr I. Sazonov «Fiber-optic sensor for detecting electric current pulses» Proc. SPIE v.11028, Optical Sensors, 2019, 11028 0A 8p.
19. Пржиялковский Я.В., Старостин Н.И., Губин В.П., Моршнев С.К., Сазонов А.И. «Волоконно-оптический датчик с подавлением избыточного шума для измерения токовых импульсов». ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА, 2019, №6, стр.40.
20. S. Yu. Otrokhov. Transition Regions in Planar W Optical Fibers. Optics and Spectroscopy. 2019, Vol. 127, pp. 1141-1147.
21. S. K. Morshnev, N. I. Starostin, Ya. V. Przhiyalkovskiy, A. I. Sazonov "Homogeneous broadening in the spectrum of a broadband erbium-doped fibre light source. QUANTUM ELECTRON, 2020, 50 (10), 904–909.
22. Yan Przhiyalkovskiy, Nikolay I. Starostin, S. Morshnev, Aleksandr Sazonov. Polarization dynamics of light propagating in bent spun birefringent fiber. Journal of Lightwave Journal of Lightwave Technology, 2020, Vol.38, Issue 24, p.p. 6879-6885.
23. V.P. Gubin, Y.V. Przhiyalkovskiy, N.I. Starostin, S.K. Morshnev, A.I. Sazonov. A broadband Faraday fiber-optic current sensor with excess noise compensation. Results in Physics, 2020, Vol. 18. https://doi.org/10.1016/j.rinp.2020.103286

1. Патент РФ № 2497135 «Способ и волоконно-оптическое устройство (варианты) для измерения величины электрического тока и магнитного поля», авторы: Пржиялковский Я.В., Моршнев С.К., Старостин Н.И., Губин В.П. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений РФ 27.10.2013.
2. Патент США «Fiber optic current sensor». Chamorovskiy Yu. K., Gubin V.P., Morshnev S.K., Prziyalkovskiy Y,V., Ryabko M., Starostin N.I., Sazonov A.I., Boyev A.I. US Patent Application 20120286767 . Решение от 20 августа 2013.

• Российскаяя конференция «Лазеры, Измерения, Информация», С.-Петербург, 3-5 июня 2012г.
• Российскаяя конференция «Лазеры, Измерения, Информация»,С.-Петербург 4-6 июня 2013г.
• International Conference ICONO/LAT-2013, Москва, 18-22 June 2013.
• Всероссийская конференция по волоконной оптике (ВКВО-2011), Пермь, октябрь 2011.
• Всероссийская конференция по волоконной оптике (ВКВО-2013), Пермь, октябрь 2013.
• Всероссийская конференция по волоконной оптике (ВКВО-2015), Пермь, октябрь 2015.
• ХII Международной конференции Прикладная оптика 2016 Санкт-Петербург 14-18ноября 2016г, т.1, стр 215-219.
• Всероссийская конференция по волоконной оптике (ВКВО-2017), Пермь, октябрь 2017.
• International Conference SPIE Optics + Optoelectronics April 2019, Prague, Czech Republic
• Всероссийская конференция по волоконной оптике (ВКВО-2019), Пермь, октябрь 2019.

1. Схема лабораторного волоконного датчика тока
2. Цельноволоконная схема измерительного интерферометра для датчика тока
3. Миниатюрный волоконный чувствительный элемент
4. Метрологические характеристики лабораторного макета датчика тока
5. Новый тип волоконного чувствительного элемента для подавления влияния изгибного двулучепреломления на видность интерферометра
6. Регистрация импульса тока волоконным датчиком
7. Схема датчика тока с подавлением избыточного шума
8. Шумы на выходе датчика тока при разных режимах работы

• Технология spun световода: вращение Hi-Bi заготовки при вытяжке волокна
• Простая конструкция чувствительного контура датчика тока
• Высокая стабильность параметров чувствительного элемента
• Легкость установки чувствительного контура на силовую линию
• Гибкость масштабирования динамического диапазона датчика

1. Источник широкополосного света
2. Волоконно-оптический ответвитель
3. Волоконный поляризатор
4. Волоконный фарадеевский модулятор
5. Волоконная соединительная линия
6. Волоконный чувствительный контур
7. Зеркало
8. Токопровод
9. Фотодиод

Т>2τ	Т<2τ

Желтый луч – отклик ВОДТ, голубой луч – импульс тока

Желтый и голубой луч - одноканальный режим (без подавления) Красный луч - шум в режиме подавления