磁光调制方位传递系统中,交变电流驱动内置磁光材料的螺线管磁场至关重要,直接关系到方位信息的传递精度。研究了交变电流驱动的螺线管内磁场对方位信息传递精度的影响。首先,利用麦克斯韦方程构建空心螺线管电磁场模型,分析驱动信号频率对磁场的影响;然后结合安培环路定律建立内置磁光材料的螺线管内部磁场模型;最后分析无松弛极化介质、松弛极化介质、驱动信号频率等对系统方位传递精度的影响。结果表明:驱动信号频率是影响系统方位传递精度的重要因素,且方位传递误差存在规律性;无松弛极化介质与松弛极化介质对系统方位传递精度的影响程度相当。该结果为研究磁光调制方位传递系统的方位传递精度与系统优化设计提供了参考。

基于磁光调制的方位测量系统的关键技术是磁光调制技术,交变电流驱动的含磁光材料螺线管内轴向磁场的精确表达至关重要,但是目前关于磁光材料参数特性对磁场的影响研究甚少。以磁光材料TGG晶体为例,研究了TGG介电常数变化对螺线管内部轴向交变磁场的影响。首先,当螺线管内部磁光材料的介电常数不变时,利用麦克斯韦方程建立正弦波调制下螺线管内部轴向交变磁场模型;然后根据TGG的材料构成,通过分子模拟软件VASP获得TGG的介电常数随调制信号频率变化的函数;最后将此变化函数引入到已经建立的交变磁场模型中,获得TGG介电常数变化对正弦波调制下螺线管内部轴向交变磁场的影响。结果表明:随着调制信号频率的增加,TGG晶体的介电常数减小,造成螺线管内部轴向磁场幅值衰减变缓、磁场相移衰减中的急速衰减阶段提前,且衰减速率更快。该研究思路与方法为进一步研究磁光材料对螺线管内部磁场、方位失调角测量精度的影响提供了参考。

为进一步阐明基于法拉第效应的磁光调制过程中各因素之间的相互影响机理，引入了多场耦合理论，结合麦克斯韦方程并综合考虑磁场作用下物质结构内部参数的变化，构建了偏振光在磁光耦合条件下的传输模型，得到了法拉第旋转角的最终表达式，并利用基于有限元的多场耦合软件进行耦合模拟和数值求解。仿真结果表明，在10 A电流激励螺线管产生0.0373 T的磁感应强度下，入射波长为1064 nm的偏振光通过长度为3 cm的铽镓石榴石(TGG)磁光玻璃后，发生了2.245°的偏转，在同等条件下，通过MR3-2磁光玻璃时发生的偏转角为2.023°。通过对比仿真结果与理论计算结果，验证了磁光耦合机理模型的正确性。

为了分析方波驱动长螺线管内磁场畸变机理，利用麦克斯韦方程研究了螺线管内外的磁场分布情况。首先，利用麦克斯韦方程，分别建立了正弦波驱动螺线管内外电场、磁场模型，并结合安培环路定律和电磁感应定律选取了合适的边界条件，得到了正弦波驱动长螺线管的磁场分布；其次，通过傅里叶变换将方波信号变换为多个正弦信号叠加的形式，从而得到了方波驱动长螺线管磁场分布；最后，通过仿真试验重点分析了方波驱动信号频率对磁场的影响，并得出结论：方波驱动长螺线管磁场波形会失真、畸变，驱动信号频率较低、距离螺线管轴线距离较近处，磁场的方波特性较好