[發明專利]一種集成光波導磁場測量系統及方法

在審

• 申請號: 201710560729.8
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107390146A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 張家洪;萬小容;李川;李英娜;趙振剛;劉愛蓮;楊秀梅
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種集成光波導磁場測量系統，其特征在于：包括

波長可調諧的保偏激光源(4)，用于產生波長可受微控制器(10)控制切換的線偏振光束；

三端口保偏光環形器(5)，用于將波長可調諧的保偏激光源(4)的輸出光輸出至集成光波導磁場傳感器(6)，用于將集成光波導磁場傳感器(6)的反射輸出光輸出至光分路器(7)；

光波導磁場傳感器(6)，用于探測空間磁場信號；

光分路器(7)，用于將光波導磁場傳感器(6)反射輸出的光信號分成兩部分，并通過單模光纖(12)輸入兩個光電探測器(8)；

兩個光電探測器(8)，用于將光分路器(7)輸出的兩部分光信號轉換為電信號，其中一個光電探測器(8)轉換輸出的電信號由傳輸電纜(13)輸入微控制器(10)作為反饋控制信號，另一個光電探測器(8)轉換輸出的電信號由傳輸電纜(13)輸入電信號處理單元(9)；

電信號處理單元(9)，用于對光電探測器(8)輸出的電信號進行處理，從而獲取被測磁場的信息；

微控制器(10)，用于對波長可調諧的保偏激光源(4)的輸出波長進行控制，并向波長可調諧的保偏激光源(4)發出控制信號，設定波長可調諧的保偏激光源(4)輸出一定波長的激光，從而使集成光波導磁場傳感器(6)的靜態工作點鎖定在π/2；

保偏光纖(11)，用于將波長可調諧的保偏激光源(4)的輸出端和三端口保偏光環形器(5)的端口1相連接，用于將三端口保偏光環形器(5)的端口2和光波導磁場傳感器(6)相連接；

單模光纖(12)，用于將三端口保偏光環形器(5)的端口3和光分路器(7)相連接，用于將光分路器(7)分別和兩個光電探測器(8)相連接；

傳輸電纜(13)，用于將一個光電探測器(8)連接電信號處理單元(9)，一個光電探測器(8)連接微控制器(10)。

2.根據權利要求1所述的集成光波導磁場測量系統，其特征在于：所述光波導磁場傳感器(6)包括具有電光效應的晶片(1)、條狀平行電極(2)、環形天線(3)、反射膜(14)和Y形集成光波導(15)，在具有電光效應的晶片(1)上采用鈦擴散或者質子交換方法制作兩臂長度不對稱的Y形集成光波導(15)，在Y形集成光波導(15)前半部分直波導的兩側分別制作兩個金屬條狀平行電極(2)和金屬環形天線(3)，條狀平行電極(2)和環形天線(3)連接在一起，在具有電光效應的晶片(1)的末端端面制作反射膜(14)，制成反射型集成光波導磁場傳感器(6)。

3.一種采用權利要求1所述的集成光波導磁場測量系統進行測量的方法，其特征在于：

波長可調諧的保偏激光源(4)輸出的線偏振光，由保偏光纖(11)輸入三端口保偏光環形器(5)的端口1并由端口2輸出，再由保偏光纖(11)輸入光波導磁場傳感器(6)的Y形集成光波導(15)，當有磁場H穿過光波導磁場傳感器(6)的環形天線(3)時，會在傳感器金屬條狀平行電極(2)之間形成方向相反的感應電壓V_H，同時與被測磁場相伴的電場在金屬條狀平行電極(2)之間產生方向相同的感應電壓V_E，通過具有電光效應的晶片(1)的電光效應，感應電壓V_E與V_H將使波導的折射率發生改變，從而使波導中傳輸的光波相位發生變化；

當已調光信號被具有電光效應的晶片(1)末端反射膜(14)反射回來，再輸入Y形集成光波導(15)的輸入端時將發生干涉效應，從而把光波相位變化轉化為光強度變化；

光波導磁場傳感器(6)輸出的強度已調光信號將再次由保偏光纖(11)輸入三端口保偏光環形器(5)，接著由三端口保偏光環形器(5)的端口3輸出并由單模光纖(12)輸入光電探測器(8)轉換為電信號，最后由電信號處理單元(9)對輸出電信號進行處理，以獲取被測磁場的信息。