CN108120883B - 一种集成光波导三维电场传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及集成光波导三维电场传感器，属电场测量领域。本发明包括集成光波导一维电场传感器：在一片铌酸锂晶片表面使用质子交换方法制作一个两端为Y形光波导，中间为平行光波导构成的M‑Z光波导干涉仪，在中间某一直波导臂两侧制作两片与直波导平行的金属电极，并制作与金属电极垂直相连接的金属偶极子天线；集成光波导二维电场传感器：通过在一片铌酸锂晶片表面采用质子交换方法形成一个Y形光波导，其中Y形光波导的两个波导臂为两个M‑Z光波导结构；在这两个M‑Z光波导干涉仪的直波导臂两侧制作金属电极和天线，并且使制作在两个M‑Z光波导干涉仪上的天线互相垂直。本发明体积小、空间分辨率高、对被测电场的干扰小。

Description

一种集成光波导三维电场传感器
技术领域
本发明涉及一种集成光波导三维电场传感器，属于电场测量技术领域。
背景技术
随着国防、电力、物理研究等的不断发展，对暂态强电场进行直接测量已经成为一个急需解决的关键性科学问题。以集成光学技术为基础的集成光波导电场传感器因为具有响应快、频带宽、对被测电场干扰小、绝缘性好等优点，受到了越来越多的研究人员的关注，并开始应用于强电场的时域测量。
但是，目前对集成光波导电场传感器的研究大多集中在一维电场传感器，即如果待测电场方向已知，则使用一维电场传感器可直接测量得出电场的信息，如果待测电场方向未知（可能沿空间任意方向），则需要分别测量电场在空间三个互相垂直方向上的分量，再进行计算处理，才能得出被测电场的信息。可见，使用一维电场传感器测量空间沿任意方向的电场，将给测量带来很多不便，并且由于一维电场传感器不能同时测量得出电场的三个分量，限制了其在暂态电场测量方面的应用。
为了解决这一问题，有研究人员提出如图1所示的一种集成光波导三维电场传感器，其中图1是现有的一种集成光波导三维电场传感器安装在正三棱柱支架侧面上的俯视图；图2是现有的一种集成光波导三维电场传感器安装在正三棱柱支架侧面上的一个集成光波导电场传感器的结构示意图。如图2所示，在具有电光效应的铌酸锂晶片3表面采用质子交换或者钛扩散方法制作马赫增德尔（Mach-Zehnder，M-Z）光波导干涉仪4，并在M-Z光波导干涉臂两侧制作金属电极与天线，其中制作的金属天线和M-Z干涉臂夹角为54.7度，最后如图1所示将制作好的三个集成光波导电场传感器1安装固定在一个正三棱柱支架2的三个侧面上，即可使三个光波导电场传感器的三个天线呈两两互相垂直的结构，即构成一个集成光波导三维电场传感器。
但是由于这种三维电场传感器的三棱柱尺寸为厘米量级，使得传感器整体尺寸较大，对被测电场的扰动较大，同时由于将三个电场传感器的测量结果进行合成作为三棱柱中心处的电场强度，必然造成测量误差较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种集成光波导三维电场传感器，能够对空间沿任意方向的电场进行直接测量，同时三维传感器具有体积小、空间分辨率高、对待测电场扰动小等优点。本发明提供的一种集成光波导三维电场传感器由一个制作好的M-Z集成光波导一维电场传感器，和一个制作好的M-Z集成光波导二维电场传感器固定在一起构成。
本发明技术方案是：一种集成光波导三维电场传感器，由一个集成光波导一维电场传感器和一个集成光波导二维电场传感器固定在一起构成；
所述集成光波导一维电场传感器为：在一片铌酸锂晶片表面使用质子交换方法制作一个由输入Y形光波导、中间两段平行直波导、输出Y形光波导构成的马赫增德尔（Mach-Zehnder，M-Z）光波导干涉仪，在中间某一直波导臂两侧制作两片与直波导平行的金属电极，并制作与金属电极垂直相连接的金属偶极子天线，即构成一个集成光波导一维电场传感器；
其中所述的集成光波导二维电场传感器为：在一片铌酸锂晶片表面使用质子交换方法制作一个两臂为两个M-Z光波导干涉仪的Y形光波导，其实质为在一片晶片上制作两个M-Z光波导干涉仪，再分别在两个M-Z光波导干涉仪直波导臂两侧制作金属电极与天线，并使制作在两个M-Z光波导干涉仪上的天线互相垂直，即构成一个单片集成光波导二维电场传感器。
将制作好的一个集成光波导二维电场传感器和一个集成光波导一维电场传感器固定在一起，使得集成光波导一维电场传感器的天线和集成光波导二维电场传感器的天线相互垂直。
本发明的有益效果是：本发明提供的集成光波导三维电场传感器可对空间沿任意方向的电场进行直接测量，具有体积小、空间分辨率、对被测电场干扰小、测量更准确等优点。
附图说明
图1是现有的一种集成光波导三维电场传感器安装在正三棱柱支架侧面上的俯视图；
图2是现有的一种集成光波导三维电场传感器安装在正三棱柱支架侧面上的一个集成光波导电场传感器的结构示意图；
图3是本发明提供的一种集成光波导三维电场传感器结构示意图；
图4是本发明提供的一种集成光波导三维电场传感器所包含的集成光波导二维电场传感器实例1的结构示意图；
图5是本发明提供的一种集成光波导三维电场传感器所包含的集成光波导二维电场传感器实例2的结构示意图。
图1至图5中各标号为：1-集成光波导电场传感器，2-正三棱柱支架，3-铌酸锂晶片，4-M-Z光波导干涉仪，5-金属天线，6-金属电极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：一种集成光波导三维电场传感器，如图3所示，由一个集成光波导一维电场传感器和一个集成光波导二维电场传感器固定在一起构成；
在 x 切 y 传铌酸锂晶片3表面采用质子交换方法形成两端为Y形光波导、中间为两段平行光波导的M-Z 光波导干涉仪，在其中一段直波导臂两侧制作两片平行金属电极6，并制作与金属电极6相连接的金属天线5，设计制作的金属天线5和金属电极6互相垂直，即构成图3所示的一种集成光波导一维电场传感器。在 x 切 y 传铌酸锂晶片3表面制作集成光波导和电极，构成一种集成光波导二维电场传感器（如图4和图5所示的实例1和实例2）。最后如图3所示那样，将制作好的集成光波导一维电场传感器和二维电场传感器固定在一起，使集成光波导一维电场传感器天线和集成光波导二维电场传感器天线垂直，即构成一种集成光波导三维电场传感器。
图4是发明提供的一种集成光波导三维电场传感器中所包含的一种集成光波导二维电场传感器实例1的结构示意图。如图4所示，在 x 切 y 传铌酸锂晶片3表面采用质子交换方法制作两臂为M-Z光波导干涉仪构成的Y形光波导，其实质为输入光波导连接在一起的两个M-Z光波导干涉仪，分别在这两个M-Z光波导干涉仪直波导臂两侧制作金属电极6和金属天线5，并且制作的金属天线5和金属电极6成45度夹角，同时制作在两个M-Z光波导干涉仪上的两个金属天线5呈镜像结构，即使两个金属天线5互相垂直，即构成一种单片集成光波导二维电场传感器，可实现二维电场的测量。
图5是发明提供的一种集成光波导三维电场传感器中所包含的一种集成光波导二维电场传感器实例2的结构示意图。如图5所示，在 x 切 y 传铌酸锂晶片3表面采用质子交换方法形成两臂为M-Z光波导干涉仪构成的Y形光波导，其实质为输入端连接在一起的两个集成M-Z光波导干涉仪，分别在这两个集成M-Z光波导干涉仪直波导臂两侧制作金属电极6和金属天线5，其中制作在图5中上半部分集成M-Z光波导干涉仪上的金属天线5和金属电极6互相垂直连接在一起，制作在图5中下边部分集成M-Z光波导干涉仪上的金属电极6为分段电极天线，方向与图5中上边部分集成M-Z光波导干涉仪上的天线互相垂直，如此即构成一种单片集成光波导二维电场传感器，可实现二维电场的测量。
综上，本发明通过设计制作一个单片集成光波导二维电场传感器和一个单片集成光波导一维电场传感器，并将它们固定在一起，使一维电场传感器天线和二维电场天线相互垂直，即构成一种集成光波导三维电场传感，可实现对空间沿任意方向的电场进行测量。这种新型集成光波导三维电场传感器具有体积小、空间分辨率高、对被测电场干扰小等优点。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种集成光波导三维电场传感器，其特征在于：由一个集成光波导一维电场传感器和一个集成光波导二维电场传感器固定在一起构成；
所述集成光波导一维电场传感器为：在一片铌酸锂晶片表面使用质子交换方法制作一个由输入Y形光波导、中间两段平行直波导、输出Y形光波导构成的马赫增德尔光波导干涉仪，在中间某一直波导臂两侧制作两片与直波导平行的金属电极，并制作与金属电极垂直相连接的金属偶极子天线，即构成一个集成光波导一维电场传感器；
所述集成光波导二维电场传感器为：在一片铌酸锂晶片表面使用质子交换方法制作一个两臂为两个M-Z光波导干涉仪的Y形光波导，其实质为在一片晶片上制作两个M-Z 光波导干涉仪，再分别在两个M-Z光波导干涉仪直波导臂两侧制作金属电极与天线，并使制作在两个M-Z光波导干涉仪上的天线互相垂直，即构成一个单片集成光波导二维电场传感器；
将制作好的一个集成光波导二维电场传感器和一个集成光波导一维电场传感器固定在一起，使得集成光波导一维电场传感器的天线和集成光波导二维电场传感器的天线相互垂直。
2.根据权利要求1所述的集成光波导三维电场传感器，其特征在于：所述集成光波导二维电场传感器具体采用如下方式构成：
在 x 切 y 传铌酸锂晶片（3）表面采用质子交换方法制作两臂为M-Z光波导干涉仪构成的Y形光波导，其实质为输入光波导连接在一起的两个M-Z光波导干涉仪，分别在这两个M-Z光波导干涉仪直波导臂两侧制作电极和偶极子天线，分别采用金属电极（6）和金属天线（5），并且制作的金属天线（5）和金属电极（6）成45度夹角，同时制作在两个M-Z光波导干涉仪上的两个金属天线（5）呈镜像结构，即使两个金属天线（5）互相垂直，即构成一种单片集成光波导二维电场传感器。
3.根据权利要求1所述的集成光波导三维电场传感器，其特征在于：所述集成光波导二维电场传感器具体采用如下方式构成：
在 x 切 y 传铌酸锂晶片（3）表面采用质子交换方法形成两臂为M-Z光波导干涉仪构成的Y形光波导，其实质为输入端连接在一起的两个集成M-Z光波导干涉仪，分别在这两个集成M-Z光波导干涉仪直波导臂两侧制作金属电极（6）和金属天线（5），其中制作在上边部分集成M-Z光波导干涉仪上的金属天线（5）和金属电极（6）互相垂直连接在一起，制作在下边部分集成M-Z光波导干涉仪上的金属电极（6）为分段电极天线，方向与上边部分集成M-Z光波导干涉仪上的金属天线（5）互相垂直，如此即构成一种单片集成光波导二维电场传感器。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108896837B (zh) * 2018-06-12 2021-03-02 昆明理工大学 一种集成光波导三维电场传感器系统
CN113608037B (zh) * 2021-08-09 2022-06-17 西安电子科技大学 一种基于非对称直波导干涉仪的脉冲电场传感器
CN114113812B (zh) * 2021-11-23 2022-11-18 清华大学 一种电场力驱动的悬臂式微型电场传感器
CN116298557A (zh) * 2023-03-13 2023-06-23 中国舰船研究设计中心 一种微型三维光学电场传感系统

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103630762A (zh) * 2013-07-26 2014-03-12 中国科学院电子学研究所 基于柔性衬底的微型三维电场传感器及其制备方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1844942B (zh) * 2006-05-23 2010-09-08 清华大学 一种用于强电场测量的光电集成强电场传感器
CN1862264A (zh) * 2006-06-09 2006-11-15 清华大学 一种用于强电场测量的电极天线一体化光电集成传感器
CN101246192B (zh) * 2007-02-14 2011-05-04 中国科学院电子学研究所 一种微型三维电场传感器
CN101251560A (zh) * 2008-04-16 2008-08-27 清华大学 用于电场测量的耦合型光电集成传感器
CN101493481A (zh) * 2009-02-25 2009-07-29 清华大学 基于周期极化铁电晶体的光电集成电场传感器
CN102288839B (zh) * 2011-05-12 2013-05-01 清华大学 光电集成三维电场传感器系统
CN102854403B (zh) * 2012-09-18 2014-07-16 清华大学 一种基于共路干涉的集成电场传感器
CN103207318A (zh) * 2013-03-11 2013-07-17 北京航空航天大学 准互易数字闭环铌酸锂光波导交变电场/电压传感器
CN103336183A (zh) * 2013-05-24 2013-10-02 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 一种集成光波导三维电场传感器
CN203572887U (zh) * 2013-11-18 2014-04-30 广东威恒输变电工程有限公司 无线三维电场测量报警装置
CN105353231B (zh) * 2015-09-30 2018-05-15 浙江大学 一种适用于二维电场测量的光学传感装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103630762A (zh) * 2013-07-26 2014-03-12 中国科学院电子学研究所 基于柔性衬底的微型三维电场传感器及其制备方法

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