一種縱向調製互易型光學電壓傳感器的製造方法
2023-09-16 21:28:15 2
一種縱向調製互易型光學電壓傳感器的製造方法
【專利摘要】本實用新型提出一種縱向調製互易型光學電壓傳感器，包括通過保偏光纖連接的傳感單元和光路單元，光路單元包括光源、環形器、Y波導調製器、偏振光分束器和光電探測器，傳感單元包括45°法拉第旋光器、金屬電極、電光晶體透明導電膜和反射膜。該傳感器採用縱向調製結構，避免了電光晶體自然雙折射對相位差所產生的影響，且不受外電場和極間電場不均勻的影響，提高了測量的精確度；此外，該傳感器利用法拉第旋光器實現了兩束正交線偏振光的模式互換，形成互易型反射式光路，提高了光路的抗幹擾能力。
【專利說明】一種縱向調製互易型光學電壓傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於一種光學電壓傳感器領域，尤其涉及一種縱向調製互易型光學電壓傳感器。
【背景技術】
[0002]光學電壓互感器是一種利用光信號感應電壓並經過信號處理得到輸出電壓的互感器。相比傳統的電磁感應式和電容式電壓互感器有許多無法比擬的優點，已經成為電壓互感器領域研究的熱點，是電壓互感器未來的發展趨勢。其中電壓傳感單元是實現光電感應的關鍵部分。基於普克爾(Pockels)效應的光學電壓互感器主要包括橫向調製和縱向調製兩種運用形式。橫向調製的結構雖然較為簡單，但是存在著自然雙折射的作用，且易受外電場及極間電場分布不均勻的影響。
實用新型內容
[0003]為了克服現有技術的上述缺陷，本實用新型的目的在於提出一種用於提高測量穩定性和精確度的基於普克爾效應的雙晶體光學電壓傳感單元。
[0004]本實用新型是通過如下技術方案實現的:
[0005]一種縱向調製互易型光學電壓傳感器，包括通過保偏光纖連接的傳感單元和光路單元，所述光路單元包括光源、環形器、Y波導調製器、偏振光分束器和光電探測器，其中:
[0006]所述傳感單兀包括45°法拉第旋光器、金屬電極和電光晶體，所述45°法拉第旋光器的一端通過保偏光纖與光路單元的偏振光分束器連接，其另一端與電光晶體的一個通光面連接，該通光面上先鍍有一透明導電膜、再粘貼一金屬電極，該金屬電極上設有供光束通過的光孔；所述電光晶體的另一通光面上先鍍有一反射膜、再粘貼一金屬電極。
[0007]進一步地，所述環形器分別與光源、Y波導調製器和光電轉換器相連，所述Y波導調製器與偏振光分束器相連，所述偏振光分束器的尾纖與保偏光纖的尾纖連接。
[0008]進一步地，所述電光晶體為鍺酸鉍晶體沿感應主軸方向進行定向切割而成的圓柱體結構。
[0009]進一步地，所述電光晶體的通光方向與傳感單元的通電場方向相平行。
[0010]與現有技術相比，本實用新型的有益效果在於:
[0011]1、本實用新型的光學電壓傳感器採用縱向調製結構，即電光晶體的通光方向與傳感單元的通電場方向相平行，這種結構避免了電光晶體自然雙折射對相位差所產生的影響，且不受外電場和極間電場不均勻的影響，提高了測量的精確度。
[0012]2、本實用新型的光學電壓傳感器利用法拉第旋光器實現了兩束正交線偏振光的模式互換，形成互易型反射式光路，提高了光路的抗幹擾能力。
[0013]3、本實用新型的光學電壓傳感器所用光學元件體積小重量輕，整體結構簡單，且不受電磁幹擾，對被測電場擾動小。【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型縱向調製互易型光學電壓傳感器中傳感單元實施例的結構示意圖；
[0015]圖2為本實用新型縱向調製互易型光學電壓傳感器中光路單元實施例的結構示意圖；[0016]其中，1-保偏光纖，2-45°法拉第旋光器，3-金屬電極，4-電光晶體(下稱BGO晶體)，5-透明導電膜，6-通光孔，7-反射鏡，8-光源，9-環形器，IO-Y波導調製器，11-偏振光分束器(下稱PBS )，12-光電探測器。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本實用新型的縱向調製互易型光學電壓傳感器作進一步詳細的描述。
[0018]本例的縱向調製互易型光學電壓傳感器包括傳感單元和光路單元，二者之間通過保偏光纖I連接。
[0019]如圖1所示，傳感單元主要包括45°法拉第旋光器2 (即採用實現偏振光偏振方向45度旋轉的旋光器)、金屬電極3、BG0晶體4、透明導電膜5和反射膜7，45。法拉第旋光器2的一端是尾纖，另一端無尾纖，無尾纖端與BGO晶體4的入射端面連接，在BGO晶體的入射端面鍍透明導電膜5，再粘貼一金屬電極3，該金屬電極3上開設有通光孔6，用於使光束通過。BGO晶體4的另一端鍍反射膜7並粘貼另一金屬電極3。本例的BGO晶體4採用鍺酸鉍晶體沿感應主軸方向進行定向切割而成的圓柱體結構，該傳感單元採用縱向調製，即即圓柱體晶體的兩平行端面平行於圖1中的(001)面，外加電場和光傳播方向都垂直於
(001)面，電光晶體的通光方向與傳感單元的外加電場方向平行。
[0020]如圖2所示，光路單元主要包括依次連接的光源8、環形器9、Y波導調製器10和偏振光分束器11，以及在另一支路上與環形器9相連接的光電探測器12。
[0021]該光學電壓傳感器的工作原理為:
[0022]從光源8發出的光經過環形器9進入Y波導調製器10 ；Y波導調製器也稱為集成光學相位調製器，是一種多功能器件，由一個Y型分束器和兩個相位調製器組成，採用該Y波導調製器可以使光路部分的機構更緊湊，減小二次機箱體積，操作更方便；進入Y波導調製器10的光被分成兩束偏振光，其中一束旋轉90°後與另一束一同進入PBS11，PBSll將兩束偏振光調整成正交線偏振光後通過保偏光纖I傳至傳感單元；正交線偏振光經過傳感單元的45°法拉第旋光器2後，偏振方向旋轉了 45°，然後通過金屬電極3上的通光孔6和透明導電膜5進入BGO晶體4，沿著BGO晶體的兩個感應主軸方向傳播，被反射膜7反射後再次經過BGO晶體4、透明導電膜5和金屬電極3上的通光孔6後傳至45°法拉第旋光器2，正交線偏振光的偏振方向再次旋轉45°，即與原入射光相比共旋轉了 90°，原來沿保偏光纖快軸傳播的光沿慢軸傳播，原來沿慢軸傳播的光沿快軸傳播，實現了正交線偏振光的模式互換，並且攜帶了由外加電場引入的總相位差2 Φ，的正交線偏振光沿原光路返回，
O JT
所述相位差Φ通過下式求得其中，λ是入射光波長，％是電光晶體的折射
Λ
率，Y41是電光晶體的電光係數，U是加在電光晶體上的電壓。在Y波導調製器10中發生幹涉後，經過環形器9進入光電轉換器12將光信號轉換為電信號，以供後續操作。本例中傳感器的工作結束，轉換後的電信號還可以發送至現有的信號處理單元繼續進行後續信號處理。
[0023]本實用新型提出了基於Pockels效應的縱向調製互易型光學電壓傳感器，該光學電壓傳感採用縱向調製，利用電光晶體在外電場作用下的電光效應感應電場信號，並利用法拉第旋光器實現兩束正交線偏振光的模式互換，從而形成了一種互易型反射式光路結構，出射的兩束光只攜帶了電光晶體對它們的相位調製信息。縱向調製與橫向調製相比沒有自然雙折射的影響，受溫度變化的影響小；並且根據兩點間的電位差就是電場強度沿任意路徑的線積分的定義，縱向調製兩電極之間的電壓與電場的分布無關，外電場的幹擾和極間電場分布的不均勻都不會對電壓測量造成影響。
[0024]最後應當說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本實用新型的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新型精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種縱向調製互易型光學電壓傳感器，包括通過保偏光纖連接的傳感單元和光路單元，所述光路單元包括光源、環形器、Y波導調製器、偏振光分束器和光電探測器，其特徵在於: 所述傳感單兀包括45°法拉第旋光器、金屬電極和電光晶體，所述45°法拉第旋光器的一端通過保偏光纖與光路單元的偏振光分束器連接，其另一端與電光晶體的一個通光面連接，該通光面上先鍍有一透明導電膜、再粘貼一金屬電極，該金屬電極上設有供光束通過的光孔；所述電光晶體的另一通光面上先鍍有一反射膜、再粘貼一金屬電極。
2.根據權利要求1所述的縱向調製互易型光學電壓傳感器，其特徵在於: 所述環形器分別與光源、Y波導調製器和光電轉換器相連，所述Y波導調製器與偏振光分束器相連，所述偏振光分束器的尾纖與保偏光纖的尾纖連接。
3.根據權利要求1所述的縱向調製互易型光學電壓傳感器，其特徵在於: 所述電光晶體為鍺酸鉍晶體沿感應主軸方向進行定向切割而成的圓柱體結構。
4.根據權利要求1所述的縱向調製互易型光學電壓傳感器，其特徵在於: 所述電光晶體的通光方向與傳感單元的通電場方向相平行。
【文檔編號】G01R15/24GK203606418SQ201320825798
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】張朝陽, 雷林緒, 溫海燕, 李傳生, 孫海江 申請人:國家電網公司, 國網智能電網研究院