一種基于雙y波導(dǎo)的光電集成電場測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于雙Y波導(dǎo)的光電集成電場測量系統(tǒng)，屬于電場測量【技術(shù)領(lǐng)域】，其中激光源的輸出端通過輸入單模光纖與鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器的輸入端相連，鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器的輸出端依次通過保偏光纖、鈮酸鋰Y波導(dǎo)電壓調(diào)制器、輸出單模光纖與探測器的輸入端相連。探測器輸出的電信號經(jīng)處理器產(chǎn)生可調(diào)直流電源模塊的控制信號及經(jīng)處理器數(shù)學(xué)運(yùn)算反推出待測電場信號，控制可調(diào)直流電源模塊為鈮酸鋰Y波導(dǎo)電壓調(diào)制器提供電壓信號，形成閉環(huán)控制。本測量系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單降，降低了測量系統(tǒng)成本；實(shí)現(xiàn)傳遞函數(shù)各參數(shù)的現(xiàn)場標(biāo)定，提高測量的準(zhǔn)確性；實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)的反饋控制，克服溫度對電場傳感器靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，提高測量的穩(wěn)定性。
【專利說明】—種基于雙Y波導(dǎo)的光電集成電場測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于雙Y波導(dǎo)的光電集成電場測量系統(tǒng)，屬于電場測量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]電場測量在諸多科學(xué)研究和工程【技術(shù)領(lǐng)域】具有重要意義，特別是在電力系統(tǒng)、電磁兼容及微波技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
[0003]目前，關(guān)于光電集成電場傳感器的研究早已在國內(nèi)外展開研究，但是主要集中在馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉型光電電場傳感器(申請?zhí)枮?200610011963.7，發(fā)明名稱為一種用于強(qiáng)電場測量的光電集成傳感器的專利申請)和直波導(dǎo)共路干涉型電場傳感器(申請?zhí)枮?201210348311.8，發(fā)明名稱為一種基于共路干涉的集成電場傳感器的專利申請)。其缺點(diǎn)主要有三:一是系統(tǒng)中包含起偏器、檢偏器等部件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，搭建系統(tǒng)成本較高；二是傳感器標(biāo)定工作難以在測量現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用范圍被限制于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中；三是傳感器的靜態(tài)偏置點(diǎn)％缺乏反饋控制，一旦溫度等環(huán)境因數(shù)變化引起％變動(dòng)，傳感器靜態(tài)工作點(diǎn)將偏離余弦函數(shù)線性段，測量系統(tǒng)失去最大的靈敏度和近似線性的輸入輸出傳遞函數(shù)特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種基于雙Y波導(dǎo)的光電集成電場測量系統(tǒng)，將Y波導(dǎo)用作電場測量過程中的傳感器，以簡化測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低測量系統(tǒng)成本；實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)的反饋控制，克服溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，提高測量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
[0005]本發(fā)明提出的基于雙Y波導(dǎo)的光電集成電場測量系統(tǒng)，包括:
[0006]激光源，用于發(fā)出激光；
[0007]鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器，用于通過輸入單模光纖接收一束激光，一束激光在鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器的作用下，轉(zhuǎn)化為一橫電波偏振模式的線偏振光，然后分解為兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光，在Y波導(dǎo)的兩臂分別傳播，鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器中的天線感應(yīng)Z方向待測電場信號，產(chǎn)生一個(gè)電位差，該電位差通過傳感器上的調(diào)制電極對Y波導(dǎo)兩臂中傳播的兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光產(chǎn)生調(diào)制作用，使Y波導(dǎo)兩臂中傳播的兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光的傳播常數(shù)發(fā)生互補(bǔ)變化，兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光在Y波導(dǎo)的出射端產(chǎn)生與待測電場信號強(qiáng)度相對應(yīng)的相位差，銀酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器通過輸入單模光纖與激光源相連；
[0008]鈮酸鋰Y波導(dǎo)電壓調(diào)制器，用于通過兩根保偏光纖接收兩束具有相位差的線偏振光，并根據(jù)來自可調(diào)直流電源模塊的電壓調(diào)制信號校正兩束線偏振光的相位差，校正相位差后的兩束線偏振光在鈮酸鋰Y波導(dǎo)電壓調(diào)制器的Y分支交點(diǎn)處發(fā)生干涉，得到一束干涉后的光信號，鈮酸鋰Y波導(dǎo)電壓調(diào)制器通過兩根保偏光纖與鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器相連，通過電纜線與可調(diào)直流電源模塊相連；[0009]探測器，用于通過單模光纖接收干涉后的光信號，將光信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；
[0010]信號處理電路，用于通過電纜線接收探測器輸出的電壓信號，根據(jù)存儲(chǔ)的傳遞函數(shù)及其標(biāo)定后的參數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算得到待測電場信號，同時(shí)為可調(diào)直流電源模塊提供控制信號。
[0011]可調(diào)直流電源模塊，用于通過電纜線接收信號處理電路輸出的控制信號，根據(jù)該控制信號產(chǎn)生一個(gè)電壓調(diào)制信號，并將該電壓調(diào)制信號發(fā)送至Y波導(dǎo)電壓調(diào)制器。
[0012]本發(fā)明提出的雙Y波導(dǎo)的光電集成電場測量系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是:其中的Y波導(dǎo)同時(shí)具有分束、合束，起偏、檢偏、電場調(diào)制器等多種功能，當(dāng)其應(yīng)用于電場測量領(lǐng)域時(shí)，省去了傳統(tǒng)電場測量系統(tǒng)中的起偏器和檢偏器，簡化了測量系統(tǒng)的復(fù)雜度，并降低了系統(tǒng)成本。并且，應(yīng)用雙Y波導(dǎo)，可實(shí)現(xiàn)傳遞函數(shù)各參數(shù)的現(xiàn)場標(biāo)定，提高測量的準(zhǔn)確性；通過鈮酸鋰Y波導(dǎo)電壓調(diào)制器，將系統(tǒng)的靜態(tài)工作點(diǎn)校正至H/2，克服了溫度對電場傳感器靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并使系統(tǒng)一直工作在最優(yōu)狀態(tài)，從而大大提高了本發(fā)明的電場傳感器系統(tǒng)的電場測量靈敏度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明提出的基于雙Y波導(dǎo)的光電集成電場測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖1中，I是激光源，2是鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器，3是Y波導(dǎo)，4是天線，5是調(diào)制電極，6是鈮酸鋰(LiNbO3)晶片，7是鈮酸鋰Y波導(dǎo)電壓調(diào)制器，8是Y波導(dǎo)，9是加壓電極，10是調(diào)制電極，11是鈮酸鋰(LiNbO3)晶片，12是探測器，13是處理器，14是可調(diào)直流電源模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明提出的基于雙Y波導(dǎo)的光電集成電場測量系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括:
[0016]激光源I，用于發(fā)出激光；
[0017]鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器2，用于通過輸入單模光纖接收一束激光，一 aaa束激光在銀酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器的作用下，轉(zhuǎn)化為一橫電波偏振模式的線偏振光，然后分解為兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光，在Y波導(dǎo)3的兩臂分別傳播，鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器中的天線感應(yīng)Z方向待測電場信號，產(chǎn)生一個(gè)電位差，該電位差通過傳感器上的調(diào)制電極對Y波導(dǎo)兩臂中傳播的兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光產(chǎn)生調(diào)制作用，使Y波導(dǎo)兩臂中傳播的兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光的傳播常數(shù)發(fā)生互補(bǔ)變化，兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光在Y波導(dǎo)的出射端產(chǎn)生與待測電場信號強(qiáng)度相對應(yīng)的相位差，鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器通過輸入單模光纖與激光源相連；
[0018]鈮酸鋰Y波導(dǎo)電壓調(diào)制器7，用于通過兩根保偏光纖接收兩束具有相位差的線偏振光，并根據(jù)來自可調(diào)直流電源模塊的電壓調(diào)制信號校正兩束線偏振光的相位差，校正相位差后的兩束線偏振光在鈮酸鋰Y波導(dǎo)8電壓調(diào)制器的Y分支交點(diǎn)處發(fā)生干涉，得到一束干涉后的光信號，鈮酸鋰Y波導(dǎo)電壓調(diào)制器通過兩根保偏光纖與鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器相連，通過電纜線與可調(diào)直流電源模塊相連；
[0019]探測器12，用于通過單模光纖接收干涉后的光信號，將光信號轉(zhuǎn)換成電壓信號；
[0020]信號處理電路13，用于通過電纜線接收探測器輸出的電壓信號，根據(jù)存儲(chǔ)的傳遞函數(shù)及其標(biāo)定后的參數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算得到待測電場信號，同時(shí)為可調(diào)直流電源模塊提供控制信號。
[0021]可調(diào)直流電源模塊14，用于通過電纜線接收信號處理電路輸出的控制信號，根據(jù)該控制信號產(chǎn)生一個(gè)電壓調(diào)制信號，并將該電壓調(diào)制信號發(fā)送至Y波導(dǎo)調(diào)制器。
[0022]本發(fā)明測量系統(tǒng)的工作原理是:激光源發(fā)出的一束激光經(jīng)輸入單模光纖，入射鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器，激光在銀酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器的作用下，轉(zhuǎn)化為一橫電波偏振模式的線偏振光，然后分解為兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光，在Y波導(dǎo)的兩臂分別傳播，鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器中的天線感應(yīng)Z方向待測電場信號，產(chǎn)生一個(gè)電位差，該電位差通過傳感器上的調(diào)制電極對Y波導(dǎo)兩臂中傳播的兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光產(chǎn)生調(diào)制作用，使Y波導(dǎo)兩臂中傳播的兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光的傳播常數(shù)發(fā)生互補(bǔ)變化，兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光在Y波導(dǎo)的出射端產(chǎn)生與待測電場信號強(qiáng)度相對應(yīng)的相位差，鈮酸鋰Y波導(dǎo)電壓調(diào)制器通過兩根保偏光纖接收這兩束具有相位差的線偏振光，并根據(jù)來自可調(diào)直流電源模塊的電壓調(diào)制信號校正兩束線偏振光的相位差兩束光在Y波導(dǎo)調(diào)制器的Y分支的交點(diǎn)處發(fā)生干涉，生成的干涉信號經(jīng)輸出單模光纖傳入光探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的電信號輸入處理器處理，最終由處理器輸出鈮酸鋰Y波導(dǎo)調(diào)制器的電壓控制信號及根據(jù)電信號反推得到的待測電場信號。
[0023]本發(fā)明基于雙Y波導(dǎo)的光電集成電場測量系統(tǒng)，在進(jìn)行電場測量前，首先進(jìn)行測量系統(tǒng)本身的標(biāo)定和校正，以使測量系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下工作，保證測量系統(tǒng)的測量精確性和穩(wěn)定性。
[0024]測量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如式I所示。
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙Y波導(dǎo)的光電集成電場測量系統(tǒng)，包括: 激光源，用于發(fā)出激光； 鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器，用于通過輸入單模接收一束激光，一束激光在鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器的作用下，轉(zhuǎn)化為一橫電波偏振模式的線偏振光，然后分解為兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光，在Y波導(dǎo)的兩臂分別傳播，傳感器中的天線感應(yīng)Z方向待測電場信號，產(chǎn)生一個(gè)電位差，該電位差通過傳感器上的調(diào)制電極對Y波導(dǎo)兩臂中傳播的兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光產(chǎn)生調(diào)制作用，使Y波導(dǎo)兩臂中傳播的兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光的傳播常數(shù)發(fā)生互補(bǔ)變化，兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光在Y波導(dǎo)的出射端產(chǎn)生與待測電場信號強(qiáng)度相對應(yīng)的相位差，鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器通過輸入單模光纖與激光源相連； 鈮酸鋰Y波導(dǎo)電壓調(diào)制器，用于通過兩根保偏光纖接收兩束具有相位差的線偏振光，并根據(jù)來自可調(diào)直流電源模塊的電壓調(diào)制信號校正兩束線偏振光的相位差，校正相位差后的兩束線偏振光在鈮酸鋰Y波導(dǎo)電壓調(diào)制器的Y分支交點(diǎn)處發(fā)生干涉，得到一束干涉后的光信號，鈮酸鋰Y波導(dǎo)電壓調(diào)制器通過兩根保偏光纖與鈮酸鋰Y波導(dǎo)電場傳感器相連，通過電纜線與可調(diào)直流電源模塊相連； 探測器，用于通過單模光纖接收干涉后的光信號，將光信號轉(zhuǎn)換成電壓信號； 信號處理電路，用于通過電纜線接收探測器輸出的電壓信號，根據(jù)存儲(chǔ)的傳遞函數(shù)及其標(biāo)定后的參數(shù)數(shù)學(xué)運(yùn)算得到待測電場信號，同時(shí)為可調(diào)直流電源模塊提供控制信號。 可調(diào)直流電源模塊，用于通過電纜線接收信號處理電路輸出的控制信號，根據(jù)該控制信號產(chǎn)生一個(gè)電壓調(diào)制信號`，并將該電壓調(diào)制信號發(fā)送至Y波導(dǎo)調(diào)制器。
【文檔編號】G01R29/12GK103605005SQ201310571530
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】俞俊杰, 曾嶸, 牛犇, 李嬋虓, 王博 申請人:清華大學(xué)