[發明專利]基于電致旋光效應的互易型電壓/電場傳感器光路系統

在審

• 申請號: 202211634852.7
• 申請日: 2022-12-19
• 公開（公告）號: CN116087589A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 楊婭姣;曾令強;馬云龍;譚金權;龍婭;趙冬穎;趙立凱;馬嬡;劉朝陽;王明;于朋嬌;魏辰剛;張鑫
• 申請（專利權）人: 北京航天時代光電科技有限公司
• 主分類號: G01R15/24
• 分類號: G01R15/24;G01R19/00;G01R29/12
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 茹阿昌

本發明公開了基于電致旋光效應的互易型電壓/電場傳感器光路系統，本發明利用以PbMoOsubgt;4/subgt;晶體為例的四方晶系、4/m點群晶體的電致旋光效應實現對電壓場變化的敏感測量。集成傳感單元包含光纖準直器、金屬電極片I、敏感晶體、金屬電極片II、反射鏡和陶瓷基座等，是電致旋光效應的發生單元，同時具備光路徑調整作用。集成傳感單元采用光學集成方案，提高了敏感單元的可靠性，有效擴展了該方案的環境適應性，提高了實用性。本發明光路系統實現了光路的互易型設計，提高了系統的測量精度和抗干擾能力。

技術領域

本發明屬于光學電壓/電場傳感技術領域，具體涉及一種新型基于電致旋光效應的互易型電壓/電場傳感器光路系統設計。

背景技術

目前光學電壓傳感器方案有Pockels效應利用外電場引起晶體折射率變化，然而由于晶體存在自然雙折射現象，不均勻電場產生影響較明顯；本發明提出基于電致旋光效應的測量方案，利用外電場引起晶體材料的旋光性變化，即具有電致旋光效應的材料在外電場的作用下，出射光偏振面相對于入射光旋轉了一個角度。同時可通過選擇只存在線性電致旋光效應的晶體來避免電光效應的影響。對于電致旋光效應的應用，有方案采用直通方案，直接將電壓施加在晶體兩側通過起偏檢偏來檢測不同電壓下入射光和出射光的旋轉角度變化來測量電壓電話，該方案可有效驗證電致旋光效應的效果，但在工程化設計應用中具有敏感度低、抗干擾能力差和信號解調難度大等困難。

發明內容

本發明技術解決問題：克服現有技術的不足，提出一種基于電致旋光效應的互易型光學電壓光路及傳感單元設計，解決了現有技術方案光路復雜、抗干擾能力差和工程化應用不足的問題。

本技術方案是通過如下方式實現的：

基于電致旋光效應的互易型電壓/電場傳感器光路系統，包括：光源、光纖耦合器、Y波導、偏振分束器、保偏延遲線圈、λ/4波片、集成傳感單元、光電探測器和信號處理單元；

光源、光纖耦合器、Y波導、偏振分束器、保偏延遲線圈、λ/4波片和集成傳感單元依次通過光纖相連接；

光源發射光束經過光纖耦合器傳輸至Y波導并分光成兩束線偏振光，兩束線偏振光經偏振分束器后合成兩束正交線偏振光，經保偏延遲線圈后，兩束正交線偏振光經λ/4波片調整為左旋、右旋的圓偏振光，兩束圓偏振光入射集成傳感晶體單元；

集成傳感晶體單元用于使兩束圓偏振光受電場或電壓作用發生旋光效應，并使光路原路返回；

返回光經λ/4波片、保偏延遲線圈、偏振分束器后，在Y波導處發生干涉，干涉光入射光纖耦合器，光纖耦合器將干涉光中的部分分光輸出給光電探測器；

所述光電探測器與所述光纖耦合器相連接；

信號處理單元接收光電探測器輸出的電信號，根據電信號確定相位調制信號，相位調制信號用于控制Y波導的調試相位φ_t；

光電探測器將光信號轉變為電信號后，對電信號進行解調處理得到電壓或電場產生的相位信息，從而得到電壓或電場信息。

優選地，光源發射光束為消光比≥15dB的高偏光。

優選地，所述集成傳感單元包括：含光纖準直器、金屬電極片I、敏感晶體、金屬電極片II、反射鏡和陶瓷基座；

光纖準直器、金屬電極片I、電致旋光效應敏感晶體、金屬電極片II和反射鏡依次沿軸向通過光學固定工藝順次粘接，然后固定于陶瓷基座上；

兩束圓偏振光入射進集成傳感晶體單元，先經過光纖準直器準直后進入敏感晶體，敏感晶體采用縱向調制方式，敏感晶體兩側金屬電極片I和金屬電極片II與入射光垂直；

所述金屬電極片I和金屬電極片II與待測裝置的電壓極板正負極相連接或置于待測裝置的電場中；