專利名稱：一種基于梯形結(jié)構(gòu)的晶體光學(xué)電場(chǎng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于梯形結(jié)構(gòu)的晶體光學(xué)電場(chǎng)傳感器，屬于電場(chǎng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)80年代，隨著光電子技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)、日本、法國(guó)等國(guó)家的電氣公司對(duì)基于分立光學(xué)元件的電場(chǎng)傳感器進(jìn)行了深入的研究。此類電場(chǎng)傳感器的結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括起偏器101、1/4波片102、電光晶體103和檢偏器104。電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可表不為
Vaut=A-[l + b-cos(kE + Vo)-\
其中E為待測(cè)電場(chǎng)，Vout為測(cè)量系統(tǒng)輸出的電壓信號(hào)，A代表光功率損耗及光電轉(zhuǎn)換系數(shù)，b代表傳感器的消光比，k代表傳感器的靈敏度，卿為光學(xué)偏置點(diǎn)。為使傳感器具有線性的輸入、輸出特性，需使傳感器具有η /2的光學(xué)偏置點(diǎn)_。通常采用1/4波片使Ρο=π/2，但1/4波片的實(shí)際相位延遲量易受環(huán)境溫度、加工精度和附加應(yīng)力等因素的影響，并且其快慢軸在與電光晶體對(duì)準(zhǔn)的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生失配偏差，降低測(cè)量的準(zhǔn)確度。因此尋找產(chǎn)生光學(xué)偏置點(diǎn)卿的其它方法，以消除1/4波片的不利影響，是提高傳感器溫度穩(wěn)定性的關(guān)鍵。光束在電光晶體中傳輸時(shí)具有兩個(gè)相互垂直的本征偏振態(tài)。設(shè)電光晶體的折射率為η，光束入射角為Θ，且滿足Θ彡Qfarcsina/n)，則光束在晶體端面上發(fā)生全反射，全反射引入的兩個(gè)相互垂直的本征偏振態(tài)之間的相位差為
//Slir Θ

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為提出一種基于梯形結(jié)構(gòu)的晶體光學(xué)電場(chǎng)傳感器，改變已有電場(chǎng)傳感器的結(jié)構(gòu)，將晶體的一個(gè)端面設(shè)計(jì)成梯形，利用光束在梯形端面的全反射產(chǎn)生H/2的光學(xué)偏置點(diǎn)，以提高傳感器的溫度穩(wěn)定性。本發(fā)明提出的基于梯形結(jié)構(gòu)的晶體光學(xué)電場(chǎng)傳感器，包括晶體、起偏器和檢偏器，所述的晶體的一個(gè)端部為梯形，另一端部為長(zhǎng)方形，所述的起偏器粘接在晶體的長(zhǎng)方形端部的激光入射處，所述的檢偏器粘接在晶體的長(zhǎng)方形端部的激光出射處，所述的晶體的梯形端部的頂角a與電場(chǎng)傳感器的光學(xué)偏置點(diǎn)卿滿足以下關(guān)系
I--I-
rcosaJ(nsma)2 -1 n-cos 2a J(n sin la y — I ^
φ0 = 4arctan|---；-J + 2arctan[----:-j
L //sirr a2a其中抑=π/2，η為晶體的折射率。本發(fā)明提出的基于梯形結(jié)構(gòu)的晶體光學(xué)電場(chǎng)傳感器，具有以下優(yōu)點(diǎn)
I、本發(fā)明的傳感器基于梯形結(jié)構(gòu)，利用電光晶體端面的三次全反射產(chǎn)生光學(xué)偏置點(diǎn)，選取特定的梯形頂角，使光學(xué)偏置點(diǎn)_=π/2，去掉了已有技術(shù)中的1/4波片及其由于1/4波片帶來(lái)的不利影響，簡(jiǎn)化了傳感器結(jié)構(gòu)，提高了傳感器的溫度穩(wěn)定性。2、本發(fā)明的光學(xué)電場(chǎng)傳感器不僅可以測(cè)量電場(chǎng)的幅值，還可以測(cè)量電場(chǎng)的頻率、相位等信息，是一種時(shí)域電場(chǎng)傳感器。


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是光束的第一個(gè)全反射面，6是光束的第二個(gè)全反射面，7是光束的第三個(gè)全反射面，8是激光源，9是輸入保偏光纖，10是輸出單模光纖，11是光電轉(zhuǎn)換器，12是射頻電纜，13是電信號(hào)檢測(cè)器。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的基于梯形結(jié)構(gòu)的晶體光學(xué)電場(chǎng)傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括晶體I、起偏器3和檢偏器4。晶體I的一個(gè)端部為梯形，另一端部為長(zhǎng)方形，起偏器3粘接在晶體的長(zhǎng)方形端部的激光入射處，檢偏器4粘接在晶體的長(zhǎng)方形端部的激光出射處，晶體I的梯形端部的頂角a與電場(chǎng)傳感器的光學(xué)偏置點(diǎn)卿滿足以下關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種基于梯形結(jié)構(gòu)的晶體光學(xué)電場(chǎng)傳感器，其特征在于該電場(chǎng)傳感器包括晶體、起偏器和檢偏器，所述的晶體的一個(gè)端部為梯形，另一端部為長(zhǎng)方形，所述的起偏器粘接在晶體的長(zhǎng)方形端部的激光入射處，所述的檢偏器粘接在晶體的長(zhǎng)方形端部的激光出射處，所述的晶體的梯形端部的頂角a與電場(chǎng)傳感器的光學(xué)偏置點(diǎn)卿滿足以下關(guān)系
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于梯形結(jié)構(gòu)的晶體光學(xué)電場(chǎng)傳感器，屬于電場(chǎng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。該電場(chǎng)傳感器包括晶體、起偏器和檢偏器，所述的晶體的一個(gè)端部為梯形，另一端部為長(zhǎng)方形，所述的起偏器粘接在晶體的長(zhǎng)方形端部的激光入射處，所述的檢偏器粘接在晶體的長(zhǎng)方形端部的激光出射處，所述的晶體的梯形端部的頂角a與電場(chǎng)傳感器的光學(xué)偏置點(diǎn)滿足一定關(guān)系。本發(fā)明的傳感器，利用電光晶體端面的三次全反射產(chǎn)生光學(xué)偏置點(diǎn)，選取特定的梯形頂角，使光學(xué)偏置點(diǎn)去掉了1/4波片，簡(jiǎn)化了傳感器結(jié)構(gòu)，提高了傳感器的溫度穩(wěn)定性。本發(fā)明的光學(xué)電場(chǎng)傳感器不僅可以測(cè)量電場(chǎng)的幅值，還可以測(cè)量電場(chǎng)的頻率、相位等信息，是一種時(shí)域電場(chǎng)傳感器。
文檔編號(hào)G01R29/12GK102914702SQ20121043718
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者牛犇, 王博, 曾嶸, 莊池杰, 俞俊杰 申請(qǐng)人:清華大學(xué)