[發明專利]基于電光聚合物和微環諧振器的電壓測量系統及測量方法

在審

• 申請號: 202110099924.1
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112946342A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 楊慶;羅曼丹;黃凌宇;董富寧;廖偉;陳檸
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司 11496
• 代理人: 周倩

1.一種基于電光聚合物和微環諧振器的電壓測量系統，其特征在于，所述系統包括：

自下而上層疊設置的硅襯底層、二氧化硅下包層和單晶硅芯層，其中，所述單晶硅芯層包括耦合的直波導和環形波導，所述直波導的兩端分別用于輸入光和輸出光；以及

覆蓋在所述環形波導上的電光聚合物薄膜，其中，所述電光聚合物薄膜的有效折射率在被測電壓作用下發生改變時，所述環形波導的有效折射率相應發生改變，使所述直波導的輸出光的諧振波長發生漂移，以實現對所述被測電壓的測量。

2.如權利要求1所述的系統，其中，所述電光聚合物薄膜的材料采用聚甲基丙烯酸甲酯和分散橙3丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯和分散紅1甲基丙烯酸甲酯或聚甲基丙烯酸甲酯和分散黃7甲基丙烯酸酯的電光聚合物溶液制成，其中，所述電光聚合物溶液旋涂在所述環形波導上。

3.如權利要求1所述的系統，其中，所述電光聚合物薄膜的厚度為300～800nm。

4.如權利要求1所述的系統，其中，基模偏振態光作為所述直波導的輸入光并通過錐形光纖垂直耦合進入所述直波導，所述基模偏振態光通過偏振控制器對輸入光源的輸出光進行偏振控制得到，其中，所述輸入光源通過單模光纖與所述偏振控制器相連；

所述直波導的輸出光通過錐形光纖連接至光電探測器和示波器中進行檢測。

5.如權利要求1所述的系統，其中，所述系統放置于平板電極中間，所述平板電極的上表面連接至高壓源，所述平板電極的下表面接地；

通過所述高壓源對所述平板電極施加被測電壓，所述電光聚合物薄膜的有效折射率在所述被測電壓作用下發生改變。

6.如權利要求5所述的系統，其中，所述直波導的輸入光在所述環形波導中傳播時，基于倏逝場向所述二氧化硅下包層和電光聚合物薄膜滲透，當所述電光聚合物薄膜的有效折射率發生改變時，所述環形波導中有效折射率相應改變，所述直波導的輸出光的諧振波長發生漂移，

其中，所述電光聚合物薄膜的有效折射率的改變量為：

所述環形波導的有效折射率的改變量為：

Δn_eff＝kΔn_EO

所述直波導的輸出光的諧振波長的漂移量為：

式中，U為施加在所述平板電極上的被測電壓值，d為所述平板電極的間距，r₃₃為所述電光聚合物薄膜的電光系數，n_EO為所述電光聚合物薄膜的有效折射率，Δn_EO為所述電光聚合物薄膜的有效折射率的改變量，n_eff為所述環形波導的有效折射率，Δn_eff為所述環形波導的有效折射率的改變量，k為倏逝場耦合系數，λ為諧振波長，Δλ為諧振波長的漂移量。

7.一種如權利要求1-6中任意一項所述的一種基于電光聚合物和微環諧振器電壓測量系統的測量方法，其特征在于，所述方法包括：

將基模偏振態光輸入至直波導中，所述基模偏振態光在環形波導中傳播并在所述環形波導中產生諧振；

施加被測電壓，以對電光聚合物薄膜的有效折射率進行調制；

當所述電光聚合物薄膜的有效折射率發生改變時，所述環形波導的有效折射率相應發生改變，使所述直波導的輸出光的諧振波長發生漂移；

根據檢測到的諧振波長的漂移量，確定所述被測電壓的大小。

8.如權利要求7所述的方法，其中，輸入光源通過單模光纖與偏振控制器相連，

所述將基模偏振態光輸入至直波導中，所述基模偏振態光在環形波導中傳播并在所述環形波導中產生諧振，包括：

將所述輸入光源的輸出光經過所述偏振控制器控制后得到所述基模偏振態光；

將所述基模偏振態光通過錐形光纖垂直耦合進入所述直波導中，所述基模偏振態光在環形波導中傳播并在所述環形波導中產生諧振；

所述直波導的輸出光通過錐形光纖連接至光電探測器和示波器，以對所述直波導的輸出光進行檢測。