[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

本發明公開了一種基于電光聚合物和微環諧振器的電壓測量系統，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。本發明還公開了一種基于電光聚合物和微環諧振器的電壓測量系統的測量方法。本發明利用電光聚合物的電光性能和微環諧振器的諧振特性，基于光電效應實現電壓的實時感知測量。

技術領域

本發明涉及光傳感技術領域，具體而言，涉及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。

背景技術

相關技術中，一般通過電壓互感器來實現變電站及換流站內部電氣設備和關鍵節點的電壓實時感知，但其功能單一，頻帶上限一般不超過kHz，對于故障、諧波、過電壓、涌流等信號，無法實現實時測量。同時還存在成本昂貴、體積較大，難以安裝到空間有限的輸配電線路上等問題。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種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，利用電光聚合物的電光性能和微環諧振器的諧振特性，基于光電效應可實現電壓的實時感知測量。

本發明提供了一種基于電光聚合物和微環諧振器的電壓測量系統，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。

作為本發明進一步的改進，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。

作為本發明進一步的改進，所述電光聚合物薄膜的厚度為300～800nm。

作為本發明進一步的改進，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。

作為本發明進一步的改進，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。

作為本發明進一步的改進，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：