[發明專利]一種鈮酸鋰直波導電場測量系統

在審

• 申請號: 201410741941.0
• 申請日: 2014-12-05
• 公開（公告）號: CN104459350A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 曾嶸;俞俊杰;牛犇;汪海
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種鈮酸鋰直波導電場測量系統，屬于電場測量技術領域。

背景技術

相比于傳統的電學測量方法，光學測量方法因其具有對原場干擾小，頻帶響應寬，不易受環境電磁信號干擾等優點，在電力系統、高電壓工程等領域受到越來越多的重視。

相比于其他結構的光電集成電場傳感器，直波導結構類型的光電集成電場傳感器具有更好的溫度穩定性。已有直波導結構類型的光電集成電場傳感器測量系統如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(申請號為：201210348311.8)或發明名稱為準互易數字閉環鈮酸鋰光波導交變電場/電壓傳感器的專利申請(申請號為：201310076620.9)。兩個專利申請中涉及的測量系統中，均還有起偏器或者檢偏器；此外，系統器件繁多，這些器件在連接過程中因對準工藝誤差將導致系統消光比降低。

單偏振光纖不僅具備保偏光纖的傳播光信號的功能，還具備將部分偏振光轉化為線偏振光的功能。目前，單偏振光纖主要應用于在光纖陀螺，高功率光纖激光器等方面，未見單偏振光纖應用于光學電場測量系統的先例。

發明內容

本發明的目的是提出一種鈮酸鋰直波導電場測量系統，簡化已有測量系統的復雜度，舍去測量系統中的起偏器、檢偏器，降低成本；減少系統中保偏光纖之間連接對準的環節，避免對準誤差，顯著提高測量系統的消光比。

本發明提出的鈮酸鋰直波導電場測量系統，包括：

激光源，用于發出激光；

輸入單偏振光纖，用于將激光器發出的激光轉化為線偏振光，并將該線偏振光傳入鈮酸鋰直波導電場傳感器，輸入單偏振光纖連接于激光源和鈮酸鋰直波導電場傳感器之間；

鈮酸鋰直波導電場傳感器，用于感應待測電場，鈮酸鋰直波導電場傳感器置于待測電場中；

輸出單偏振光纖，用于接收從鈮酸鋰直波導電場傳感器出射的橢圓偏振光，并將橢圓偏振光轉化為線偏振光，輸出單偏振光纖連接于鈮酸鋰直波導電場傳感器和探測器之間；

探測器，用于將上述線偏振光信號轉換成電壓信號，該電壓信號即為待測電場信號。

本發明提出的鈮酸鋰直波導電場測量系統，其優點是，在本發明的電場測量系統中，舍去了原有電場測量系統中的起偏器或檢偏器，因此降低了整個電場測量系統的成本；并簡化了電場測量系統的復雜度，明顯提高測量系統的消光比。

附圖說明

圖1為本發明提出的新型鈮酸鋰直波導電場測量系統的結構示意圖。

圖1中，1是激光源，2是輸入單偏振光纖，3是鈮酸鋰直波導電場傳感器，4是輸出單偏振光纖，5是探測器。

具體實施方式

本發明提出的鈮酸鋰直波導電場測量系統，其結構如圖1所示，該測量系統包括：

激光源1，用于發出激光；

輸入單偏振光纖2，用于將激光器發出的激光轉化為線偏振光，并將該線偏振光傳入鈮酸鋰直波導電場傳感器，輸入單偏振光纖連接于激光源和鈮酸鋰直波導電場傳感器之間；

鈮酸鋰直波導電場傳感器3，用于感應待測電場，鈮酸鋰直波導電場傳感器置于待測電場中；

輸出單偏振光纖4，用于接收從鈮酸鋰直波導電場傳感器出射的橢圓偏振光，并將橢圓偏振光轉化為線偏振光，輸出單偏振光纖連接于鈮酸鋰直波導電場傳感器和探測器之間；

探測器5，用于將上述線偏振光信號轉換成電壓信號，該電壓信號即為待測電場信號。

本發明提出的鈮酸鋰直波導電場測量系統，其工作原理是：

激光源發出的部分偏振光，經輸入單偏振光纖后變為線偏振光，輸入單偏振光纖的偏振軸以45°與鈮酸鋰直波導電場傳感器對軸耦合，則線偏振光均分為具有兩個正交偏振模式(TE和TM兩種模式)的光信號，在鈮酸鋰直波導電場傳感器的光波導中傳播；在Y方向電場的作用下，鈮酸鋰上表面光波導的傳播常數β_TE和β_TM將發生互補的變化，兩正交偏振模式的光信號在鈮酸鋰上表面的光波導出射端產生一定的相位差，輸出單保偏光纖的偏振軸同樣以45°與鈮酸鋰直波導電場傳感器對軸耦合，兩正交偏振模式的光束在輸出單保偏光纖的偏振軸上發生干涉，生成的干涉信號經輸出單偏振光纖傳入探測器進行光電轉換，將光信號轉換成電信號，根據該電信號可反推得到的待測電場信號。

本發明測量系統的傳遞函數如下式所示：