一种基于双Y波导的光电集成电场测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于双Y波导的光电集成电场测量系统，属于电场测量技术领域，其中激光源的输出端通过输入单模光纤与铌酸锂Y波导电场传感器的输入端相连，铌酸锂Y波导电场传感器的输出端依次通过保偏光纤、铌酸锂Y波导电压调制器、输出单模光纤与探测器的输入端相连。探测器输出的电信号经处理器产生可调直流电源模块的控制信号及经处理器数学运算反推出待测电场信号，控制可调直流电源模块为铌酸锂Y波导电压调制器提供电压信号，形成闭环控制。本测量系统，结构简单降，降低了测量系统成本；实现传递函数各参数的现场标定，提高测量的准确性；实现静态工作点的反馈控制，克服温度对电场传感器静态工作点的影响，提高测量的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
—种基于双Y波导的光电集成电场测量系统
本专利技术涉及一种基于双Y波导的光电集成电场测量系统，属于电场测量
。
技术介绍
电场测量在诸多科学研究和工程
具有重要意义，特别是在电力系统、电磁兼容及微波技术等领域具有广泛的应用。目前，关于光电集成电场传感器的研究早已在国内外展开研究，但是主要集中在马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉型光电电场传感器(申请号为:200610011963.7，专利技术名称为一种用于强电场测量的光电集成传感器的专利申请)和直波导共路干涉型电场传感器(申请号为:201210348311.8，专利技术名称为一种基于共路干涉的集成电场传感器的专利申请)。其缺点主要有三:一是系统中包含起偏器、检偏器等部件，系统结构复杂，搭建系统成本较高；二是传感器标定工作难以在测量现场实现，应用范围被限制于实验室环境中；三是传感器的静态偏置点％缺乏反馈控制，一旦温度等环境因数变化引起％变动，传感器静态工作点将偏离余弦函数线性段，测量系统失去最大的灵敏度和近似线性的输入输出传递函数特性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于双Y波导的光电集成电场测量系统，将Y波导用作电场测量过程中的传感器，以简化测量系统的结构，降低测量系统成本；实现静态工作点的反馈控制，克服温度对静态工作点的影响，提高测量的稳定性和准确性。本专利技术提出的基于双Y波导的光电集成电场测量系统，包括:激光源，用于发出激光；铌酸锂Y波导电场传感器，用于通过输入单模光纤接收一束激光，一束激光在铌酸锂Y波导电场传感器的作用下，转化为一横电波偏振模式的线偏振光，然后分解为两束等光功率相同偏振模式的线偏振光，在Y波导的两臂分别传播，铌酸锂Y波导电场传感器中的天线感应Z方向待测电场信号，产生一个电位差，该电位差通过传感器上的调制电极对Y波导两臂中传播的两束等光功率相同偏振模式的线偏振光产生调制作用，使Y波导两臂中传播的两束等光功率相同偏振模式的线偏振光的传播常数发生互补变化，两束等光功率相同偏振模式的线偏振光在Y波导的出射端产生与待测电场信号强度相对应的相位差，银酸锂Y波导电场传感器通过输入单模光纤与激光源相连；铌酸锂Y波导电压调制器，用于通过两根保偏光纤接收两束具有相位差的线偏振光，并根据来自可调直流电源模块的电压调制信号校正两束线偏振光的相位差，校正相位差后的两束线偏振光在铌酸锂Y波导电压调制器的Y分支交点处发生干涉，得到一束干涉后的光信号，铌酸锂Y波导电压调制器通过两根保偏光纤与铌酸锂Y波导电场传感器相连，通过电缆线与可调直流电源模块相连；探测器，用于通过单模光纤接收干涉后的光信号，将光信号转换成电压信号；信号处理电路，用于通过电缆线接收探测器输出的电压信号，根据存储的传递函数及其标定后的参数数学运算得到待测电场信号，同时为可调直流电源模块提供控制信号。可调直流电源模块，用于通过电缆线接收信号处理电路输出的控制信号，根据该控制信号产生一个电压调制信号，并将该电压调制信号发送至Y波导电压调制器。本专利技术提出的双Y波导的光电集成电场测量系统，其优点是:其中的Y波导同时具有分束、合束，起偏、检偏、电场调制器等多种功能，当其应用于电场测量领域时，省去了传统电场测量系统中的起偏器和检偏器，简化了测量系统的复杂度，并降低了系统成本。并且，应用双Y波导，可实现传递函数各参数的现场标定，提高测量的准确性；通过铌酸锂Y波导电压调制器，将系统的静态工作点校正至H/2，克服了温度对电场传感器静态工作点的影响，提高了系统的稳定性，并使系统一直工作在最优状态，从而大大提高了本专利技术的电场传感器系统的电场测量灵敏度。【附图说明】图1为本专利技术提出的基于双Y波导的光电集成电场测量系统的结构示意图。图1中，I是激光源，2是铌酸锂Y波导电场传感器，3是Y波导，4是天线，5是调制电极，6是铌酸锂(LiNbO3)晶片，7是铌酸锂Y波导电压调制器，8是Y波导，9是加压电极，10是调制电极，11是铌酸锂(LiNbO3)晶片，12是探测器，13是处理器，14是可调直流电源模块。【具体实施方式】本专利技术提出的基于双Y波导的光电集成电场测量系统，其结构如图1所示，包括:激光源I，用于发出激光；铌酸锂Y波导电场传感器2，用于通过输入单模光纤接收一束激光，一 aaa束激光在银酸锂Y波导电场传感器的作用下，转化为一横电波偏振模式的线偏振光，然后分解为两束等光功率相同偏振模式的线偏振光，在Y波导3的两臂分别传播，铌酸锂Y波导电场传感器中的天线感应Z方向待测电场信号，产生一个电位差，该电位差通过传感器上的调制电极对Y波导两臂中传播的两束等光功率相同偏振模式的线偏振光产生调制作用，使Y波导两臂中传播的两束等光功率相同偏振模式的线偏振光的传播常数发生互补变化，两束等光功率相同偏振模式的线偏振光在Y波导的出射端产生与待测电场信号强度相对应的相位差，铌酸锂Y波导电场传感器通过输入单模光纤与激光源相连；铌酸锂Y波导电压调制器7，用于通过两根保偏光纤接收两束具有相位差的线偏振光，并根据来自可调直流电源模块的电压调制信号校正两束线偏振光的相位差，校正相位差后的两束线偏振光在铌酸锂Y波导8电压调制器的Y分支交点处发生干涉，得到一束干涉后的光信号，铌酸锂Y波导电压调制器通过两根保偏光纤与铌酸锂Y波导电场传感器相连，通过电缆线与可调直流电源模块相连；探测器12，用于通过单模光纤接收干涉后的光信号，将光信号转换成电压信号；信号处理电路13，用于通过电缆线接收探测器输出的电压信号，根据存储的传递函数及其标定后的参数数学运算得到待测电场信号，同时为可调直流电源模块提供控制信号。可调直流电源模块14，用于通过电缆线接收信号处理电路输出的控制信号，根据该控制信号产生一个电压调制信号，并将该电压调制信号发送至Y波导调制器。本专利技术测量系统的工作原理是:激光源发出的一束激光经输入单模光纤，入射铌酸锂Y波导电场传感器，激光在银酸锂Y波导电场传感器的作用下，转化为一横电波偏振模式的线偏振光，然后分解为两束等光功率相同偏振模式的线偏振光，在Y波导的两臂分别传播，铌酸锂Y波导电场传感器中的天线感应Z方向待测电场信号，产生一个电位差，该电位差通过传感器上的调制电极对Y波导两臂中传播的两束等光功率相同偏振模式的线偏振光产生调制作用，使Y波导两臂中传播的两束等光功率相同偏振模式的线偏振光的传播常数发生互补变化，两束等光功率相同偏振模式的线偏振光在Y波导的出射端产生与待测电场信号强度相对应的相位差，铌酸锂Y波导电压调制器通过两根保偏光纤接收这两束具有相位差的线偏振光，并根据来自可调直流电源模块的电压调制信号校正两束线偏振光的相位差两束光在Y波导调制器的Y分支的交点处发生干涉，生成的干涉信号经输出单模光纤传入光探测器进行光电转换，转换的电信号输入处理器处理，最终由处理器输出铌酸锂Y波导调制器的电压控制信号及根据电信号反推得到的待测电场信号。本专利技术基于双Y波导的光电集成电场测量系统，在进行电场测量前，首先进行测量系统本身的标定和校正，以使测量系统在最佳状态下工作，保证测量系统的测量精确性和稳定性。 测量系统的传递函数如式I所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双Y波导的光电集成电场测量系统，包括：激光源，用于发出激光；铌酸锂Y波导电场传感器，用于通过输入单模接收一束激光，一束激光在铌酸锂Y波导电场传感器的作用下，转化为一横电波偏振模式的线偏振光，然后分解为两束等光功率相同偏振模式的线偏振光，在Y波导的两臂分别传播，传感器中的天线感应Z方向待测电场信号，产生一个电位差，该电位差通过传感器上的调制电极对Y波导两臂中传播的两束等光功率相同偏振模式的线偏振光产生调制作用，使Y波导两臂中传播的两束等光功率相同偏振模式的线偏振光的传播常数发生互补变化，两束等光功率相同偏振模式的线偏振光在Y波导的出射端产生与待测电场信号强度相对应的相位差，铌酸锂Y波导电场传感器通过输入单模光纤与激光源相连；铌酸锂Y波导电压调制器，用于通过两根保偏光纤接收两束具有相位差的线偏振光，并根据来自可调直流电源模块的电压调制信号校正两束线偏振光的相位差，校正相位差后的两束线偏振光在铌酸锂Y波导电压调制器的Y分支交点处发生干涉，得到一束干涉后的光信号，铌酸锂Y波导电压调制器通过两根保偏光纤与铌酸锂Y波导电场传感器相连，通过电缆线与可调直流电源模块相连；探测器，用于通过单模光纤接收干涉后的光信号，将光信号转换成电压信号；信号处理电路，用于通过电缆线接收探测器输出的电压信号，根据存储的传递函数及其标定后的参数数学运算得到待测电场信号，同时为可调直流电源模块提供控制信号。可调直流电源模块，用于通过电缆线接收信号处理电路输出的控制信号，根据该控制信号产生一个电压调制信号，并将该电压调制信号发送至Y波导调制器。...

【技术特征摘要】
1.一种基于双Y波导的光电集成电场测量系统，包括: 激光源，用于发出激光； 铌酸锂Y波导电场传感器，用于通过输入单模接收一束激光，一束激光在铌酸锂Y波导电场传感器的作用下，转化为一横电波偏振模式的线偏振光，然后分解为两束等光功率相同偏振模式的线偏振光，在Y波导的两臂分别传播，传感器中的天线感应Z方向待测电场信号，产生一个电位差，该电位差通过传感器上的调制电极对Y波导两臂中传播的两束等光功率相同偏振模式的线偏振光产生调制作用，使Y波导两臂中传播的两束等光功率相同偏振模式的线偏振光的传播常数发生互补变化，两束等光功率相同偏振模式的线偏振光在Y波导的出射端产生与待测电场信号强度相对应的相位差，铌酸锂Y波导电场传感器通过输入单模光纤与激光源相连； 铌酸锂Y波导电压调制器，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞俊杰，曾嵘，牛犇，李婵虓，王博，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：