[发明专利]一种基于时分复用的集成光波导三维电场测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于时分复用的集成光波导三维电场测量系统及方法，属于电磁场测量技术领域。

背景技术

实际被测电场的方向往往都是未知的，但是空间沿任意方向的电场都可以分解为三个方向互相垂直的电场分量。因此，为了能对空间沿任意方向的电场进行测量，研究一种可测量空间电场三个分量的三维电场传感器具有重要意义。现有的三维电场传感器一般采用三个方向互相垂直的金属偶极子天线制成，这种金属结构的三维电场传感器探头会对被测电场产生不可忽略的干扰，同时传感器体积较大，空间分辨率较低。

集成光波导电场传感器具有体积小、带宽宽、对被测电场干扰小、抗电磁干扰能力强等优点，已经成为电场测量技术领域的研究热点和发展趋势。但是，现有的研究主要集中在集成光波导一维电场传感器，即对方向已知的电场进行测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种基于时分复用的集成光波导三维电场系统及方法，通过对一个波长可调谐的保偏激光源输出的不同波长的光信号进行时分复用，将三个集成光波导电场传感器的静态工作点锁定在π/2，从而对空间沿任意方向的电场的三个分量进行准确测量，最后经过计算可得空间任意电场的合成场强。

本发明技术方案是：一种基于时分复用的集成光波导三维电场系统，包括：

波长可调谐的保偏激光源1，用于产生波长可受电信号处理单元10调控的线偏振光束；

两臂长度非对称的MZI型x方向集成光波导电场传感器4，y方向集成光波导电场传感器5、z方向集成光波导电场传感器6它们的天线呈两两互相垂直的结构，分别用于接收空间电场信号在x、y和z方向上的三个分量，两臂长度非对称的MZI型x方向集成光波导电场传感器4，y方向集成光波导电场传感器5、z方向集成光波导电场传感器6的输入端经保偏光纤2与1×3保偏光开关3相连接，输出端经单模光纤7与3×1单模光合路器8相连接；

1×3保偏光开关3，受电信号处理单元10控制，用于将波长可调谐的保偏激光源1发出的线偏振光通过时分复用技术经保偏光纤2分别输入x方向集成光波导电场传感器4，y方向集成光波导电场传感器5、z方向集成光波导电场传感器6；

保偏光纤2，用于将波长可调谐的保偏激光源1输出的线偏振光通过1×3保偏光开关3，输入x方向集成光波导电场传感器4，y方向集成光波导电场传感器5、z方向集成光波导电场传感器6；

单模光纤7，用于将x方向集成光波导电场传感器4，y方向集成光波导电场传感器5、z方向集成光波导电场传感器6输出光信号经过3×1单模光合路器8输入光电探测器9；

3×1单模光合路器8，用于将x方向集成光波导电场传感器4，y方向集成光波导电场传感器5、z方向集成光波导电场传感器6的输出光经单模光纤7依次输入光电探测器9；

光电探测器9，用于将x方向集成光波导电场传感器4，y方向集成光波导电场传感器5、z方向集成光波导电场传感器6输出的光信号转换为电信号，并由传输电缆11输入电信号处理单元10；

传输电缆11，用于将波长可调谐的保偏激光源1、1×3保偏光开关3、光电探测器9与电信号处理单元10相连接；

电信号处理单元10，用于控制波长可调谐的保偏激光源1和1×3保偏光开关3，同时用于对光电探测器9输出的电信号进行处理；其中，通过控制1×3保偏光开关3实现通过时分复用将波长可调谐的保偏激光源1输出的线偏振光依次输入x方向集成光波导电场传感器4，y方向集成光波导电场传感器5、z方向集成光波导电场传感器6；通过控制调整波长可调谐的保偏激光源1的输出波长，实现通过时分复用向x方向集成光波导电场传感器4，y方向集成光波导电场传感器5、z方向集成光波导电场传感器6输入不同波长的光信号，从而将当前与光开关接通的x方向集成光波导电场传感器4，y方向集成光波导电场传感器5、z方向集成光波导电场传感器6中某一个的静态工作点锁定在π/2，即使当前光路接通的集成光波导电场传感器工作在线性区，实现对空间电场的准确测量；如此经过时分复用测量，得出方向未知的电场的三个分量，再由电信号处理单元10进行合成处理，即可得出空间任意电场的合成场强。

所述波长可调谐的保偏激光源1的中心波长为1550nm，输出波长受电信号处理单元10调控，波长可调谐范围覆盖光纤通信C波段。