[發(fā)明專利]一種適用于二維電場測量的光學傳感裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510640325.0
• 申請日: 2015-09-30
• 公開（公告）號: CN105353231A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發(fā)明（設計）人: 肖康;金曉峰;章獻民;池灝;鄭史烈
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 黃燕

本發(fā)明公開了一種適用于二維電場測量的光學傳感裝置，包括依次相連的輸入保偏光纖、傳感單元、輸出單模光纖、光電探測器和信號處理單元，所述傳感單元包括：鈮酸鋰基底；設置在鈮酸鋰基底上的第一Y光波導和兩個馬赫增德爾結(jié)構(gòu)光波導；所述第一Y光波導輸入端與激光源輸出端相連，輸出端分別與兩個馬赫增德爾結(jié)構(gòu)光波導的輸入端相連；所述兩個馬赫增德爾結(jié)構(gòu)光波導的輸出端與光電探測器相連；在每個馬赫增德爾結(jié)構(gòu)光波導的任一單個波導臂敷設偶極子天線，兩個偶極子天線的極化方向正交。本發(fā)明利用一個傳感頭元件實現(xiàn)二維電場測量，優(yōu)點是靈敏度高，測量精確度高、處理過程容易。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領域，具體是涉及一種適用于二維電場測量的光學傳感裝置。

背景技術(shù)

隨著電子設備的大量使用，電磁干擾變得日益嚴重，很大程度上影響了其他設備的使用，所以測量設備周圍的電場分布并采取抗干擾措施變得十分必要。傳統(tǒng)的電場測量系統(tǒng)是采用電學的有源金屬傳感器。但電學傳感器的金屬部分如金屬探頭、同軸電纜對待測電場產(chǎn)生嚴重畸變，使得測量結(jié)果誤差很大。且實際的電場干擾電場通常覆蓋很寬頻帶，可能是幾kHz到幾十GHz。而傳統(tǒng)的電學傳感器只能工作在某個頻點附近很窄的范圍內(nèi)，限制了其測量的帶寬范圍。為了克服傳統(tǒng)電學傳感器存在的局限性，研究人員利用了具有線性電光效應晶體如鈮酸鋰，制作了集成光學電場傳感器，其具有靈敏度高、帶寬大、體積小等優(yōu)點。

集成光學電場傳感器的研究目前主要集中在一維測量，這僅僅適用于電場方向明確的測量。然而，待測電場的實際方向往往未知。如果傳感器的天線極化方向與待測電場方向不一致，測量得到電場幅值是實際電場在天線極化方向上的投影，不能準確地反映實際電場的幅值信息。即使知道待測電場方向，待測電場可能是變化的場，方向也可能隨時變化，人為的改變傳感器放置方向也不切實際。

所以電場傳感器至少能測量一維以上的電場，才能滿足實際電場測量的要求。平行平面電場和球面電場就是二維電場。例如，申請?zhí)枮?01210348311.8的中國專利文獻公開了一種基于共路干涉的集成電場傳感器，包括鈮酸鋰基片、硅基片、墊片、探測單元和調(diào)制單元，鈮酸鋰基片和硅基片通過紫外固化膠相互粘接，鈮酸鋰基片和硅基片分別通過紫外固化膠與墊片相互粘結(jié)。探測單元包括兩個上接觸電極、連接導線和兩個偶極子天線；調(diào)制單元包括兩個下接觸電極、光波導和兩個調(diào)制電極。該文獻中，集成電場傳感器結(jié)構(gòu)較為復雜，測量誤差較大，測量準確性較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供了一種靈敏度高、準確性高的適用于二維電場測量的光學傳感裝置，實現(xiàn)了利用一個傳感頭進行二維電場矢量測量的功能。

一種適用于二維電場測量的光學傳感裝置，包括激光源、以及與激光源依次相連的輸入保偏光纖、傳感單元、輸出單模光纖、光電探測器和信號處理單元，所述傳感單元包括：

鈮酸鋰基底；

設置在鈮酸鋰基底上的第一Y光波導和兩個馬赫增德爾結(jié)構(gòu)光波導；所述第一Y光波導輸入端通過輸入保偏光纖與激光源輸出端相連，輸出端分別與兩個馬赫增德爾結(jié)構(gòu)光波導的輸入端相連；所述兩個馬赫增德爾結(jié)構(gòu)光波導的輸出端通過輸出單模光纖與光電探測器相連；在每個馬赫增德爾結(jié)構(gòu)光波導的任一單個波導臂敷設偶極子天線，兩個偶極子天線的極化方向正交。

作為優(yōu)選，所述鈮酸鋰基底由鈮酸鋰晶體制成，鈮酸鋰晶體的取向為x切(垂直于晶體表面)y向傳光。

實際制作時，在鈮酸鋰晶體表面通過鈦擴散或者質(zhì)子交換形成一分二的第一Y光波導和兩個馬赫增德爾結(jié)構(gòu)的光波導，一分二的第一Y光波導為功率等分Y波導，第一Y光波導的兩個輸出端分別和馬赫增德爾結(jié)構(gòu)的光波導相連，分別在兩個馬赫增德爾結(jié)構(gòu)光波導的單個波導臂敷設錐形偶極子天線。作為優(yōu)選，所述的馬赫增德爾結(jié)構(gòu)光波導是由兩個第二Y光波導和兩條平行直波導構(gòu)成，兩個第二Y光波導的分支分別與兩條平行直波導相連。