[发明专利]一种静态工作点可控制光电集成电场测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电场测量技术领域，并且更具体地，涉及一种静态工作点可控制光电集成电场测量系统及方法。

背景技术

由于光电集成技术的发展以及其体积小、基本不含金属、对场源干扰小等特点，已有许多研究将其运用到测量电场领域中。如申请号为200610011963.7的专利申请，发明名称为一种用于强电场测量的光电集成传感器，其采用了马赫曾德尔干涉仪式光波导，其结构如图1所示，3是铌酸锂(LiNbO₃)晶体，4是马赫曾德尔干涉仪式光波导(M-Z型光波导)，5是电极，6是天线。光波导两段是Y型分叉结构，中间互相平行，其中一支光波导的两侧附有两个电极和偶极子天线。M-Z型光波导电场传感器的传递函数为：

其中a与光电转换器转换系数、激光功率、光路损耗有关，b除了与上述因素有关还与光纤同波导的耦合情况有关。E_π为半波电场与传感器晶体、天线和电极的结构尺寸有关，E为待测电场，V为光电转换器的输出电压，V与E为余弦函数关系，为传感器的静态工作点，其与晶体折射率、两支光波导长度差、激光波长有关：

由(1)式得出，当时，传感器的传递函数处于余弦函数的线性段，输出电压与待测电场关系近似为线性关系，测量系统的准确度和灵敏度都达到最大，如果静态工作点偏离π/2，传感器输出电压与待测电场不为线性关系，很难由输出电压解算出待测电场值，所以控制传感器的静态工作点为π/2至关重要。但是M-Z型光波导的静态工作点由于制作过程中存在误差难于精确控制在π/2，且铌酸锂静态材料制作成的光波导易受外界温度湿度等环境因素影响，静态工作点难以保持不变，造成电场测量不准确。此外，申请号为201310076620.9，发明名称为准互易数字闭环铌酸锂光波导交变电场/电压传感器的专利申请，以及申请号为201310571507.8，发明名称为一种自校正光电集成电场传感器系统的申请专利，虽然都带有传感器静态工作点反馈控制，但都是通过增加Y波导调制器来抵消传感器光波导静态工作点的偏差，并没有直接消除静态工作点的偏差，同时也增加了光路中的元件，增大光路复杂程度，加大光损耗，使得传感器灵敏度降低，系统响应时间增长。

综上所述，该已有技术的缺点是：静态工作点受到制作工艺水平限制以及外界环境因素影响难于精确控制在π/2，且目前的反馈控制方法为增加波导调制器来抵消静态工作点的偏差，没有从根本上控制静态工作点，也增加光路的复杂程度，加大光损耗，使得传感器灵敏度降低，系统响应时间增长。

发明内容

本发明提供了一种一种静态工作点可控制光电集成电场测量系统及方法，以解决静态工作点难以保持不变，造成电场测量不准确的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种静态工作点可控制光电集成电场测量系统，所述系统包括：激光信号源、起偏器、传感器、光电转换模块和调节控制模块，

所述激光信号源，与所述起偏器的输入端相连接，用于输出波长能够连续调节的激光信号，并将所述激光信号输出至起偏器；

所述起偏器，与所述传感器的输入端相连接，用于对所述激光信号进行处理，获取线偏振光，并通过保偏光纤将所述线偏振光耦合至传感器；

所述传感器，与所述光电转换模块的输入端相连接，用于获取所述线偏振光的光功率信号，并将所述光功率信号输出至光电转换模块；

所述光电转换模块，与所述调节控制模块相连接，用于将所述光功率信号转换为电压信号，并将所述电压信号的值输出至调节控制模块；

所述调节控制模块，与所述激光信号源的输入端相连接，所述调节控制模块包括：

调节单元，用于将所述电压信号的值和预设的标准电压值进行比较，获取比较结果，并根据所述比较结果对所述激光信号源输出的激光信号的波长进行控制，直至光电转换模块输出的电压信号的值与标准电压值相等；

计算单元，用于在测量待测电场时，根据光电转换模块输出的电压信号的值计算待测电场强度。

优选地，其中所述传感器为马赫曾德尔干涉仪式M-Z型光波导，所述M-Z型光波导包括：偶极子天线和电极，用于感应外界特定方向的待测电场信号。

优选地，其中所述调节单元包括：

标准电压值存储子单元，用于对标准电压值进行存储；

比较结果获取子单元，用于将所述电压信号的值和预设的标准电压值进行比较，获取比较结果，并将所述比较结果发送至控制子单元；