一種基于雙y波導的光電集成電場測量系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于雙Y波導的光電集成電場測量系統，屬于電場測量【技術領域】，其中激光源的輸出端通過輸入單模光纖與鈮酸鋰Y波導電場傳感器的輸入端相連，鈮酸鋰Y波導電場傳感器的輸出端依次通過保偏光纖、鈮酸鋰Y波導電壓調制器、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處理器產生可調直流電源模塊的控制信號及經處理器數學運算反推出待測電場信號，控制可調直流電源模塊為鈮酸鋰Y波導電壓調制器提供電壓信號，形成閉環控制。本測量系統，結構簡單降，降低了測量系統成本；實現傳遞函數各參數的現場標定，提高測量的準確性；實現靜態工作點的反饋控制，克服溫度對電場傳感器靜態工作點的影響，提高測量的穩定性。
【專利說明】—種基于雙Y波導的光電集成電場測量系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于雙Y波導的光電集成電場測量系統，屬于電場測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]電場測量在諸多科學研究和工程【技術領域】具有重要意義，特別是在電力系統、電磁兼容及微波技術等領域具有廣泛的應用。
[0003]目前，關于光電集成電場傳感器的研究早已在國內外展開研究，但是主要集中在馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)干涉型光電電場傳感器(申請號為:200610011963.7，發明名稱為一種用于強電場測量的光電集成傳感器的專利申請)和直波導共路干涉型電場傳感器(申請號為:201210348311.8，發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)。其缺點主要有三:一是系統中包含起偏器、檢偏器等部件，系統結構復雜，搭建系統成本較高；二是傳感器標定工作難以在測量現場實現，應用范圍被限制于實驗室環境中；三是傳感器的靜態偏置點％缺乏反饋控制，一旦溫度等環境因數變化引起％變動，傳感器靜態工作點將偏離余弦函數線性段，測量系統失去最大的靈敏度和近似線性的輸入輸出傳遞函數特性。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提出一種基于雙Y波導的光電集成電場測量系統，將Y波導用作電場測量過程中的傳感器，以簡化測量系統的結構，降低測量系統成本；實現靜態工作點的反饋控制，克服溫度對靜態工作點的影響，提高測量的穩定性和準確性。
[0005]本發明提出的基于雙Y波導的光電集成電場測量系統，包括:
[0006]激光源，用于發出激光；
[0007]鈮酸鋰Y波導電場傳感器，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波導電場傳感器的作用下，轉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波導的兩臂分別傳播，鈮酸鋰Y波導電場傳感器中的天線感應Z方向待測電場信號，產生一個電位差，該電位差通過傳感器上的調制電極對Y波導兩臂中傳播的兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光產生調制作用，使Y波導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發生互補變化，兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光在Y波導的出射端產生與待測電場信號強度相對應的相位差，銀酸鋰Y波導電場傳感器通過輸入單模光纖與激光源相連；
[0008]鈮酸鋰Y波導電壓調制器，用于通過兩根保偏光纖接收兩束具有相位差的線偏振光，并根據來自可調直流電源模塊的電壓調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波導電壓調制器的Y分支交點處發生干涉，得到一束干涉后的光信號，鈮酸鋰Y波導電壓調制器通過兩根保偏光纖與鈮酸鋰Y波導電場傳感器相連，通過電纜線與可調直流電源模塊相連；[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，根據存儲的傳遞函數及其標定后的參數數學運算得到待測電場信號，同時為可調直流電源模塊提供控制信號。
[0011]可調直流電源模塊，用于通過電纜線接收信號處理電路輸出的控制信號，根據該控制信號產生一個電壓調制信號，并將該電壓調制信號發送至Y波導電壓調制器。
[0012]本發明提出的雙Y波導的光電集成電場測量系統，其優點是:其中的Y波導同時具有分束、合束，起偏、檢偏、電場調制器等多種功能，當其應用于電場測量領域時，省去了傳統電場測量系統中的起偏器和檢偏器，簡化了測量系統的復雜度，并降低了系統成本。并且，應用雙Y波導，可實現傳遞函數各參數的現場標定，提高測量的準確性；通過鈮酸鋰Y波導電壓調制器，將系統的靜態工作點校正至H/2，克服了溫度對電場傳感器靜態工作點的影響，提高了系統的穩定性，并使系統一直工作在最優狀態，從而大大提高了本發明的電場傳感器系統的電場測量靈敏度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明提出的基于雙Y波導的光電集成電場測量系統的結構示意圖。
[0014]圖1中，I是激光源，2是鈮酸鋰Y波導電場傳感器，3是Y波導，4是天線，5是調制電極，6是鈮酸鋰(LiNbO3)晶片，7是鈮酸鋰Y波導電壓調制器，8是Y波導，9是加壓電極，10是調制電極，11是鈮酸鋰(LiNbO3)晶片，12是探測器，13是處理器，14是可調直流電源模塊。
【具體實施方式】
[0015]本發明提出的基于雙Y波導的光電集成電場測量系統，其結構如圖1所示，包括:
[0016]激光源I，用于發出激光；
[0017]鈮酸鋰Y波導電場傳感器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波導電場傳感器的作用下，轉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3的兩臂分別傳播，鈮酸鋰Y波導電場傳感器中的天線感應Z方向待測電場信號，產生一個電位差，該電位差通過傳感器上的調制電極對Y波導兩臂中傳播的兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光產生調制作用，使Y波導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發生互補變化，兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光在Y波導的出射端產生與待測電場信號強度相對應的相位差，鈮酸鋰Y波導電場傳感器通過輸入單模光纖與激光源相連；
[0018]鈮酸鋰Y波導電壓調制器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，并根據來自可調直流電源模塊的電壓調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8電壓調制器的Y分支交點處發生干涉，得到一束干涉后的光信號，鈮酸鋰Y波導電壓調制器通過兩根保偏光纖與鈮酸鋰Y波導電場傳感器相連，通過電纜線與可調直流電源模塊相連；
[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，根據存儲的傳遞函數及其標定后的參數數學運算得到待測電場信號，同時為可調直流電源模塊提供控制信號。
[0021]可調直流電源模塊14，用于通過電纜線接收信號處理電路輸出的控制信號，根據該控制信號產生一個電壓調制信號，并將該電壓調制信號發送至Y波導調制器。
[0022]本發明測量系統的工作原理是:激光源發出的一束激光經輸入單模光纖，入射鈮酸鋰Y波導電場傳感器，激光在銀酸鋰Y波導電場傳感器的作用下，轉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波導的兩臂分別傳播，鈮酸鋰Y波導電場傳感器中的天線感應Z方向待測電場信號，產生一個電位差，該電位差通過傳感器上的調制電極對Y波導兩臂中傳播的兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光產生調制作用，使Y波導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發生互補變化，兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光在Y波導的出射端產生與待測電場信號強度相對應的相位差，鈮酸鋰Y波導電壓調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，并根據來自可調直流電源模塊的電壓調制信號校正兩束線偏振光的相位差兩束光在Y波導調制器的Y分支的交點處發生干涉，生成的干涉信號經輸出單模光纖傳入光探測器進行光電轉換，轉換的電信號輸入處理器處理，最終由處理器輸出鈮酸鋰Y波導調制器的電壓控制信號及根據電信號反推得到的待測電場信號。
[0023]本發明基于雙Y波導的光電集成電場測量系統，在進行電場測量前，首先進行測量系統本身的標定和校正，以使測量系統在最佳狀態下工作，保證測量系統的測量精確性和穩定性。
[0024]測量系統的傳遞函數如式I所示。
[0025]
【權利要求】
1.一種基于雙Y波導的光電集成電場測量系統，包括: 激光源，用于發出激光； 鈮酸鋰Y波導電場傳感器，用于通過輸入單模接收一束激光，一束激光在鈮酸鋰Y波導電場傳感器的作用下，轉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波導的兩臂分別傳播，傳感器中的天線感應Z方向待測電場信號，產生一個電位差，該電位差通過傳感器上的調制電極對Y波導兩臂中傳播的兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光產生調制作用，使Y波導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發生互補變化，兩束等光功率相同偏振模式的線偏振光在Y波導的出射端產生與待測電場信號強度相對應的相位差，鈮酸鋰Y波導電場傳感器通過輸入單模光纖與激光源相連； 鈮酸鋰Y波導電壓調制器，用于通過兩根保偏光纖接收兩束具有相位差的線偏振光，并根據來自可調直流電源模塊的電壓調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波導電壓調制器的Y分支交點處發生干涉，得到一束干涉后的光信號，鈮酸鋰Y波導電壓調制器通過兩根保偏光纖與鈮酸鋰Y波導電場傳感器相連，通過電纜線與可調直流電源模塊相連； 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，根據存儲的傳遞函數及其標定后的參數數學運算得到待測電場信號，同時為可調直流電源模塊提供控制信號。 可調直流電源模塊，用于通過電纜線接收信號處理電路輸出的控制信號，根據該控制信號產生一個電壓調制信號`，并將該電壓調制信號發送至Y波導調制器。
【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 優先權日:2013年11月13日
【發明者】俞俊杰, 曾嶸, 牛犇, 李嬋虓, 王博 申請人:清華大學