[發(fā)明專利]一種集成光波導(dǎo)三維電場傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310197445.9
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN103336183A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷山強(qiáng);孫豹;陳福深;向念文;張家洪;馮萬興;嚴(yán)碧武;李濤
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12
• 代理公司: 武漢帥丞知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武;李南平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成光電子領(lǐng)域，特別涉及一種集成光波導(dǎo)三維電場傳感器。

背景技術(shù)

隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，電子設(shè)備的復(fù)雜度越來越大，微電子的技術(shù)水平愈高，電子設(shè)備的抗毀能力愈差，惡劣的電磁環(huán)境會直接影響系統(tǒng)和設(shè)備的正常運(yùn)行，因此電場強(qiáng)度的測量在電磁兼容方面占有重要地位。精確地測量電力設(shè)備周圍空間電場及其變化對于電力設(shè)備的設(shè)計(jì)制造和安全運(yùn)行有十分重要的意義（如要設(shè)計(jì)既小型化又高可靠性的電氣設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)，了解其電場分布狀況是很重要的）。除此之外，在醫(yī)學(xué)、生物等研究領(lǐng)域，電場測量作為一種實(shí)驗(yàn)手段也是不可或缺的。在地學(xué)領(lǐng)域，電場檢測廣泛應(yīng)用于大氣環(huán)流研究、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報、石油及礦產(chǎn)勘探、大氣污染檢測等方面。航空航天領(lǐng)域，大氣電場強(qiáng)度值被列為航天器能否發(fā)射的重要條件之一，為保障飛行器的安全升空，航天部門十分重視飛行器發(fā)射前雷電的實(shí)時探測和監(jiān)測。

傳統(tǒng)的電場測量方法包括有用于低頻電場測量的電容式探頭，用于射頻和微波波段的光纖熒光測溫電場傳感器，以及用偶極子天線和整流二極管相連接的電場傳感器等。但這些電場測量器通常為有源金屬結(jié)構(gòu)，會直接干擾被測電場從而導(dǎo)致測量精度下降。相反，集成光學(xué)電場傳感器具有很好的電絕緣性，極大的帶寬，平坦的頻率響應(yīng)，很高的靈敏度以及緊湊的結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢。因此正在被廣泛地運(yùn)用于電磁兼容及強(qiáng)電場的測量，成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)之一。

目前的集成光學(xué)電場傳感器大多為一維傳感器，只能對一個方向偏振的電場進(jìn)行測量，也就是說如果空間電場極化方向和傳感方向平行，傳感效果就好。如果電場極化方向和傳感方向垂直，則效果最差，理論上傳感不到。因此，如果被測電場的極化方向未知，就無法使用單一的電場傳感器獲得準(zhǔn)確的電場信息，如頻率，強(qiáng)度等。然而實(shí)際中要測量的電場，其極化方向往往是不確定的，所以希望有一種新的電場傳感器，實(shí)現(xiàn)無論電場的極化方向如何，電場傳感器的放置方向如何，都可以準(zhǔn)確地測量出電場信息。

三維電場傳感器能滿足全向工作的需求，對于該傳感器，要求其體積盡可能的小，以滿足更大范圍的應(yīng)用。曾經(jīng)有國外學(xué)者提出一種單片的光波導(dǎo)二維傳感器，但是由于現(xiàn)階段工藝水平的制約，很難制作，真正實(shí)用化就更難了。因此，對于三維電場傳感器尚且需要更加深入地研究。

發(fā)明內(nèi)容

針對背景技術(shù)的不足，本發(fā)明通過將三只相同的光學(xué)三維電場傳感器分別固定在正三棱柱支架的三個側(cè)面上，克服了傳統(tǒng)一維電場傳感器測量性能受被測電場極化方向限制的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對任意方向極化的電場進(jìn)行探測的功能，并且該發(fā)明的三維電場傳感器具有體積小、易封裝、應(yīng)用范圍廣泛等特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種集成光波導(dǎo)三維電場傳感器，包括三只相同的LiNbO_3?集成?M-Z?型電場傳感器、正三棱柱支架，其特征在于：所述的三只LiNbO_3?集成?M-Z?型電場傳感器分別固定在正三棱柱支架的三個側(cè)面上，每只集成光學(xué)電場傳感器和其所在正三棱柱側(cè)面的側(cè)邊平行，且每只集成光學(xué)電場傳感器的電極與兩平行光波導(dǎo)臂的夾角范圍在54.6°至54.8之間。

其有益效果是：保證每只電場傳感器和其所在正三棱柱側(cè)面的側(cè)邊平行，這樣可使得三只電場傳感器的電極兩兩互相垂直即構(gòu)成一種集成光學(xué)三維電場傳感器，實(shí)現(xiàn)全向傳感的功能。這種新型的集成光學(xué)三維電場傳感器克服了傳統(tǒng)一維電場傳感器測量性能受被測電場極化方向限制的缺點(diǎn)，能對任意方向極化的電場進(jìn)行探測，較原有的全向電場傳感器表現(xiàn)出體積更小，結(jié)構(gòu)更緊湊，更易于封裝，應(yīng)用范圍更廣泛等優(yōu)點(diǎn)。

如上所述的集成光波導(dǎo)三維電場傳感器，其特征在于：所述的LiNbO₃集成M-Z?型電場傳感器包括：LiNbO_3?襯底上的馬赫曾德爾干涉儀式光波導(dǎo)、金屬金電極以及光波導(dǎo)和電極之間的二氧化硅緩沖層。其有益效果是：減少由于金屬金電極吸收帶來的光波損耗從而獲得穩(wěn)定的器件性能。

如上所述的集成光波導(dǎo)三維電場傳感器，其特征在于：馬赫曾德爾干涉儀式光波導(dǎo)由輸入Y分支光波導(dǎo)、兩平行光波導(dǎo)臂和輸出Y分支光波導(dǎo)三部分組成。其有益效果是：輸入光由輸入Y分支光波導(dǎo)分成兩部分，經(jīng)過兩平行光波導(dǎo)臂傳輸后，由輸出Y分支光波導(dǎo)將兩路光合在一起產(chǎn)生干涉效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)度調(diào)制。