一種y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置和方法，所述裝置包括寬譜光源、環(huán)形器、Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器、偏振分束器、保偏延遲光纖、法拉第旋光反射鏡、信號發(fā)生器、光電探測器和示波器；本發(fā)明提供的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置和方法，對于掌握光纖電流互感器變比溫度誤差的產(chǎn)生機(jī)理及抑制方法，提升光纖電流互感器的溫度環(huán)境適應(yīng)性和長期運行穩(wěn)定性具有重要意義。
【專利說明】一種Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種裝置和方法，具體涉及一種Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器采用鈮酸鋰(LiNbO3)作為基底材料，通過質(zhì)子交換工藝形成波導(dǎo)，集起偏、分光和相位調(diào)制三大功能于一身，減小了器件的數(shù)量，增強(qiáng)了器件的可靠性，它是數(shù)字閉環(huán)光纖電流互感器實現(xiàn)高精度、大動態(tài)范圍測量的核心器件。
[0003]基于法拉第效應(yīng)的數(shù)字閉環(huán)光纖電流互感器利用Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器實現(xiàn)偏置調(diào)制和反饋控制，結(jié)合數(shù)字鎖相放大技術(shù)，通過檢測傳感光纖中兩束旋向相反的正交圓偏振光之間的相位差來實現(xiàn)一次電流的測量，具有測量準(zhǔn)確度高、頻響范圍寬、動態(tài)范圍大、絕緣簡單、無鐵磁諧振、數(shù)字化輸出、體積小、重量輕等優(yōu)點，在智能變電站、特高壓交、直流輸電領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。
[0004]測量準(zhǔn)確度的溫度穩(wěn)定性是評價光纖電流互感器性能的重要指標(biāo)之一，也是目前限制光纖電流互感器大規(guī)模應(yīng)用的主要因素。Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器位于光纖電流互感器數(shù)字閉環(huán)信號檢測系統(tǒng)的反饋通道，其調(diào)制系數(shù)定義為單位調(diào)制電壓在傳輸光波上附加的調(diào)制相位，它是反饋增益的重要組成部分。環(huán)境溫度變化時，調(diào)制系數(shù)將發(fā)生變化，互感器的變比也將隨之改變，造成變比誤差，影響互感器的測量準(zhǔn)確度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置和方法，對于掌握光纖電流互感器變比溫度誤差的產(chǎn)生機(jī)理及抑制方法，提升光纖電流互感器的溫度環(huán)境適應(yīng)性和長期運行穩(wěn)定性具有重要意義。
[0006]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供一種Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置，所述裝置包括寬譜光源、環(huán)形器、Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器、偏振分束器、保偏延遲光纖、法拉第旋光反射鏡、信號發(fā)生器、光電探測器和示波器；所述寬譜光源發(fā)出的光波經(jīng)過環(huán)形器，由Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器起偏，分光為兩束線偏振光，兩束線偏振光分別經(jīng)偏振分束器合光后沿保偏延遲光纖傳輸，經(jīng)法拉第旋光反射鏡反射后沿原路返回；沿原路返回的兩束線偏振光經(jīng)Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器檢偏后發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉光強(qiáng)；所述信號發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒波調(diào)制信號傳輸給所述Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器，所述光電探測器將干涉光強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺墒静ㄆ黠@示相應(yīng)的波形。
[0008]所述寬譜光源為自帶驅(qū)動電路的光源模塊，采用超輻射發(fā)光二極管或摻餌光纖光源。
[0009]所述環(huán)形器為單模光纖環(huán)形器或保偏光纖環(huán)形器。
[0010]所述偏振分束器為保偏光纖偏振分束器，其輸入光纖和輸出尾纖均為熊貓型保偏光纖;
[0011]所述保偏延遲光纖采用熊貓型保偏光纖，長度大于50m。
[0012]所述法拉第旋光反射鏡的旋光角度為45° ,誤差小于±1°，反射率大于90%;所述光電探測器采用帶電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的探測器集成組件。
[0013]經(jīng)過Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器起偏的線偏振光分光為第一線偏振光和第二線偏振光，所述第一線偏振光和第二線偏振光的偏振方向相同。
[0014]所述第一線偏振光和第二線偏振光經(jīng)偏振分束器合光后沿保偏延遲光纖的快軸和慢軸傳輸，經(jīng)法拉第旋光反射鏡反射后沿原路返回，偏振模式發(fā)生了互換，沿保偏延遲光纖快軸傳輸?shù)牡谝痪€偏振光此時沿慢軸傳輸，沿保偏延遲光纖慢軸傳輸?shù)牡诙€偏振光此時沿快軸傳輸；第一線偏振光和第二線偏振光經(jīng)偏振分束器分光再次進(jìn)入Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器檢偏并發(fā)生干涉。
[0015]本發(fā)明還提供一種采用Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置對Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)進(jìn)行測量的方法，所述方法包括以下步驟:
[0016]步驟1:計算Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的調(diào)制電壓；
[0017]步驟2:計算兩束線偏振光之間的相位差；
[0018]步驟3:計算光電探測器的輸出電壓；
[0019]步驟4:確定Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器雙折射調(diào)制系數(shù)。
[0020]所述步驟I中，Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的調(diào)制電壓用Vm(t)表示，有:

【權(quán)利要求】
1.一種Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置，其特征在于:所述裝置包括寬譜光源、環(huán)形器、Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器、偏振分束器、保偏延遲光纖、法拉第旋光反射鏡、信號發(fā)生器、光電探測器和示波器；所述寬譜光源發(fā)出的光波經(jīng)過環(huán)形器，由Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器起偏，分光為兩束線偏振光，兩束線偏振光分別經(jīng)偏振分束器合光后沿保偏延遲光纖傳輸，經(jīng)法拉第旋光反射鏡反射后沿原路返回；沿原路返回的兩束線偏振光經(jīng)Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器檢偏后發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉光強(qiáng)；所述信號發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒波調(diào)制信號施加在所述Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器上，所述光電探測器將干涉光強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，由示波器顯示相應(yīng)的波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置，其特征在于:所述寬譜光源為自帶驅(qū)動電路的光源模塊，采用超輻射發(fā)光二極管或摻餌光纖光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置，其特征在于:所述環(huán)形器為單模光纖環(huán)形器或保偏光纖環(huán)形器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置，其特征在于:所述偏振分束器為保偏光纖偏振分束器，其輸入光纖和輸出尾纖均為熊貓型保偏光纖； 所述保偏延遲光纖采用熊貓型保偏光纖，長度大于50m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置，其特征在于:所述法拉第旋光反射鏡的旋光角度為45° ,誤差小于±1°，反射率大于90% ;所述光電探測器采用帶電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的探測器集成組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置，其特征在于:經(jīng)過Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器起偏的線偏振光分光為第一線偏振光和第二線偏振光，所述第一線偏振光和第二線偏振光的偏振方向相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置，其特征在于:所述第一線偏振光和第二線偏振光經(jīng)偏振分束器合光后沿保偏延遲光纖的快軸和慢軸傳輸，經(jīng)法拉第旋光反射鏡反射后沿原路返回，偏振模式發(fā)生了互換，沿保偏延遲光纖快軸傳輸?shù)牡谝痪€偏振光此時沿慢軸傳輸，沿保偏延遲光纖慢軸傳輸?shù)牡诙€偏振光此時沿快軸傳輸；第一線偏振光和第二線偏振光經(jīng)偏振分束器分光再次進(jìn)入Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器檢偏并發(fā)生干涉。
8.一種采用權(quán)利要求1-7任一所述的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測量裝置對Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)進(jìn)行測量的方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟1:計算Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的調(diào)制電壓； 步驟2:計算兩束線偏振光之間的相位差； 步驟3:計算光電探測器的輸出電壓； 步驟4:確定Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器雙折射調(diào)制系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的對Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)進(jìn)行測量的方法，其特征在于:所述步驟I中，Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的調(diào)制電壓用vm(t)表示，有: ,、1^U-LT) kT<t<(k + \)T, Λ vm{t) = \ T V 'V '(I)
[ O ； t = {k + \)T 其中，I和T為鋸齒波的電壓幅度和周期，k = 0，I，2，…。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的對Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)進(jìn)行測量的方法，其特征在于:所述步驟2中，第一線偏振光和第二線偏振光之間的相位差用P表示，有:
? (τ Λ

<pr--1； kT < t < kT + τ v = K-\Vm{t)-Vm{t-r)\ = \ J(2)

(D ψ ；kT + r < / < (Zr +1) Γ 其中，K為Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的雙折射調(diào)制系數(shù)，τ為光波往返兩次經(jīng)過Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的時間差，Vffl(t)和Vm(t_ τ )分別為t和t_ τ時刻的調(diào)制電壓，Vr為 ' 產(chǎn)生的雙折射調(diào)制相位，且Ψ, = KK ο
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的對Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)進(jìn)行測量的方法，其特征在于:所述步驟3中，光電探測器的輸出電壓用Vp表示，有:ηα--χ-οο?φ,,^-φ,.1 ；kT <t<kT + r V - ηα?.(1-cose?) = <(3

ηαΙχ ? 1-cos φτ — ;kT + r < / < (^ +1) T
、'VTJ 其中，η為光電探測器響應(yīng)度與跨阻抗的乘積，α為光路損耗，Ix為光源輸出光波中X偏振分量的光強(qiáng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的對Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)進(jìn)行測量的方法，其特征在于:所述步驟4包括以下步驟: 步驟4-1:計算光電探測器輸出的方波信號的幅度e = O時，滿足式(4)的死最小正數(shù)解，有:
( τ\ \ ? τ Al ηαΙχ I — cos φ:.— —ηα!ν -1 - cos φ..---φν ^ O(4)
'VT J { V T Jj 滿足式⑷的最小正數(shù)解灼=2χ，對應(yīng)的t = ν2π，ν2π SY波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的全波電壓； 步驟4-2:計算Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的雙折射調(diào)制系數(shù)K，有:K=^ = -(S)
K ν2π
【文檔編號】G01M11/02GK104132798SQ201410359541
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】李傳生, 張朝陽, 孫海江, 崔虎寶, 舒開旗, 李俊 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院