[發明專利]保偏光纖耦合型電光晶體電場傳感器

在審

• 申請號: 202110603571.4
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113341236A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 張家洪;張元英;趙振剛;李英娜
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01R29/08
• 分類號: G01R29/08
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張雪

本發明公開一種保偏光纖耦合型電光晶體電場傳感器，傳感器包括輸入端封裝底座、輸入保偏光纖準直器、電光晶體、封裝外殼、輸出保偏光纖準直器、輸出端封裝底座；輸入保偏光纖準直器的輸出端面與電光晶體的通光面平行設置；電光晶體位于輸入保偏光纖準直器與輸出保偏光纖準直器之間，輸出保偏光纖準直器與輸入保偏光纖準直器同軸設置；輸入端封裝底座和輸出端封裝底座均固定在封裝外殼上；保偏光纖分別與輸入保偏光纖準直器和輸出保偏光纖準直器耦合。本發明通過利用保偏光纖的扭轉解決了靜態工作點的設置問題，減少了1/4波片的使用；通過保偏光纖的直接耦合令光路的傳輸效率得到了提高，減少了起偏器的使用，簡化了傳感器的設計結構。

技術領域

本發明涉及光學電場傳感器技術領域，特別是涉及一種保偏光纖耦合型電光晶體電場傳感器。

背景技術

隨著我國電力行業的發展，電力行業對于電場傳感器提出了更高的要求，傳統測量高壓電場的方法有很多，例如：靜電電壓表、球隙、電磁式電壓互感器、電阻分壓器以及電容分壓器等。但是隨著電力系統電壓等級的提高和容量的增加，測量和保護要求的不斷提高，其不足之處日益突出，主要表現為：1、絕緣難度大，特別是500kV以上，因絕緣而使互感器的體積、重量及價格不成比例的提高；2、互感器鐵芯結構所固有的磁飽和、動態范圍小、頻帶窄；3、二次輸出信號不能直接與數字化計量及保護設備接口；4、電容分壓式電壓互感器易產生鐵磁諧振。而基于電光效應設計的光學電場傳感器能夠克服傳統電場傳感器的固有缺點，具有光明的發展前景和應用前景。

目前通過光波導或者電光晶體的電光效應實現外部電場的測量成為測量外部電場的重要方式之一。集成光學設計的光波導電場傳感器具有良好的測量效果，但是集成光電場傳感器的制作工藝復雜且造價較為昂貴，利用分離光學元件研制的鈮酸鋰晶體光學電場傳感器因為結構簡單，成本較低，適應于高場強測量等優點被廣泛應用于外部電場的測量。

在傳統的電光晶體光學電場傳感器中，傳感單元一般由單模光纖準直器、起偏器、1/4波片、電光晶體、檢偏器和多模光纖準直器組成，以實現外部電場的線性測量。傳感單元內利用起偏器、1/4波片等分離光學元件，使得光路靜態工作點的設置方式復雜，且光路耦合損耗較高，令傳感器的結構緊湊性受到了限制。

發明內容

本發明的目的是提供一種保偏光纖耦合型電光晶體電場傳感器，在實現靜態工作點設置的同時減少起偏器、1/4波片等分離光學元件的使用，簡化傳感器的設計結構，提高傳感器的耦合效率。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種保偏光纖耦合型電光晶體電場傳感器，所述傳感器包括輸入端封裝底座、輸入保偏光纖準直器、電光晶體、封裝外殼、輸出保偏光纖準直器、輸出端封裝底座；所述輸入保偏光纖準直器和所述電光晶體均通過注膠的方式固定在所述輸入端封裝底座內，所述輸入保偏光纖準直器的輸出端面和所述輸出保偏光纖準直器的輸入端面均與所述電光晶體的通光面平行設置；所述輸出保偏光纖準直器通過注膠的方式固定在所述輸出端封裝底座內，所述電光晶體位于所述輸入保偏光纖準直器與所述輸出保偏光纖準直器之間，所述輸出保偏光纖準直器與所述輸入保偏光纖準直器同軸設置；所述輸入端封裝底座和所述輸出端封裝底座均固定在所述封裝外殼上；所述輸入端封裝底座上和所述輸出端封裝底座上均固定有保偏光纖，所述保偏光纖分別與所述輸入保偏光纖準直器的輸入端面和所述輸出保偏光纖準直器的輸出端面耦合；與所述輸入端封裝底座連接的所述保偏光纖上設置有輸入端保偏光纖固定點，所述保偏光纖在所述輸入端保偏光纖固定點處與所述輸入端封裝底座固定，所述輸入保偏光纖準直器與所述輸入端保偏光纖固定點之間的所述保偏光纖扭轉π/2角度。

作為對上述技術方案的進一步描述，可調諧保偏光源輸入線偏振光的振動方向與保偏光纖的慢軸對準后，進入傳感器內進行電光調制，傳感器輸出的偏振信號通過保偏光纖傳遞到保偏光纖檢偏器中，檢偏后的光信號進入到光電探測器中進行光電轉換，最后通過示波器探頭線傳遞給示波器顯示外部電場的時域信息。

優選的，所述輸入端保偏光纖固定點與所述輸入保偏光纖準直器輸入端面的距離為1-2mm。