CN108917944A - 一种基于牛顿环金属光栅实现的光学电压互感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于牛顿环金属光栅实现的光学电压互感器，具体为一种基于牛顿环金属光栅实现电光相位延迟线性测量的光学电压互感器。牛顿环金属光栅刻槽为等间距的同心圆，由同心圆组成的圆环内径为8mm，外径为10mm。光栅周期为150nm，厚度为100nm，占空比为0.5；入射线偏振光经过电光晶体和四分之一波片，偏振面发生旋转，通过牛顿环金属光栅检偏；光栅将线偏振光转换为具有暗纹的圆形光斑，其暗纹的方向与线偏振光的偏振面垂直；通过四象限探测器检测光斑图像中暗纹的方向，实现对偏振面旋转角度的测量。
Description
技术领域
本发明涉及属于电力系统电压测量技术领域，具体涉及一种基于牛顿环金属光栅实现对电光相位延迟角线性测量的光学电压互感器。
背景技术
目前，光学电压互感器的基本原理主要有Pockels效应、Kerr效应、逆压电效应和集成光学型等，其中以基于Pockels效应的光学电压互感器最为常见。Pockels效应是指电光晶体在外加电场的作用下，晶体的折射率随电场发生线性变化，使得沿某一方向通过电光晶体的线偏振光产生电光相位延迟，延迟量与外加电场成正比，因而可以通过测量电光相位延迟得到待测电压。通常认为现有的技术还不能直接测量电光相位延迟，因此借助于偏光干涉检测模式，将相位延迟转换为光强变化，通过检测光强的大小间接测量电压。这一测量模式存在以下问题：1）测量范围小。仅能近似线性地测量有限的电光相位延迟，限制了互感器的测量范围；2)光功率相关性。测量准确度易受光功率波动的影响，降低互感器可靠性和长期运行的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于牛顿环金属光栅实现的光学电压互感器，可以对电光相位延迟角线性地测量，测量范围不受晶体半波电压的限制，测量结果与光功率无关。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于牛顿环金属光栅实现的光学电压互感器，包括光源、偏振片、电光晶体、四分之一波片、牛顿环金属光栅、四象限探测器；光源出射的光经偏振片产生线偏振光，线偏振光经电光晶体与四分之一波片使得线偏振光偏振面发生旋转；出射的线偏振光经牛顿环金属光栅转换为具有暗纹的圆形光斑，暗纹的方向与线偏振光偏振面方向严格垂直，且电光相位延迟角是暗纹旋转角度的2倍；通过四象限探测器测量光斑和暗纹的旋转角，即可实现电光相位延迟角的线性测量。
在本发明一实施例中，所述牛顿环金属光栅刻槽为等间距的同心圆。
在本发明一实施例中，所述同心圆组成的圆环内径为8mm，外径为10mm。
在本发明一实施例中，所述牛顿环金属光栅厚度为100nm，占空比为0.5。
在本发明一实施例中，所述牛顿环金属光栅的光栅周期，即同心圆金属条纹的间距小于入射光波长。
在本发明一实施例中，所述牛顿环金属光栅的光栅周期为150nm。
在本发明一实施例中，该光学电压互感器的工作原理为：光源经过起偏器得到线偏振光，线偏振光通过电光晶体，被分解为两个偏振方向正交的线偏振光o光和e光；由于两束偏振光的折射率不同，o光和e光在晶体内传播预定距离后产生电光相位延迟；四分之一波片将电光相位延迟转换为线偏振光偏振面的旋转，且旋转的角度正比于电场的大小；从四分之一波片出射的线偏振光经过牛顿环金属光栅，被分解为偏振方向互相垂直的TM波与TE波，仅有偏振方向与牛顿环金属光栅金属条纹垂直的TM波可以透过牛顿环金属光栅传播，其偏振方向为径向，从而形成具有暗纹的圆形光斑；暗纹的方向与线偏光的偏振面垂直，通过四象限探测器测量光斑和暗纹的旋转角，即可得出线偏光偏振面的旋转角度，计算出电场的大小。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明的一种基于牛顿环金属光栅实现的光学电压互感器，可以对电光相位延迟角线性地测量，测量范围不受晶体半波电压的限制，测量结果与光功率无关。
附图说明
图1为本发明原理图。
图2为本发明牛顿环金属光栅的示意图。
图3为偏振面为竖直方向的线偏光通过牛顿环金属光栅后形成的光斑图像。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明提供了一种基于牛顿环金属光栅实现的光学电压互感器，包括光源、偏振片、电光晶体、四分之一波片、牛顿环金属光栅、四象限探测器；光源出射的光经偏振片产生线偏振光，线偏振光经电光晶体与四分之一波片使得线偏振光偏振面发生旋转；出射的线偏振光经牛顿环金属光栅转换为具有暗纹的圆形光斑，暗纹的方向与线偏振光偏振面方向严格垂直，且电光相位延迟角是暗纹的旋转角度的2倍，通过四象限探测器测量光斑和暗纹的旋转角，即可实现电光相位延迟角的线性测量。
所述牛顿环金属光栅刻槽为等间距的同心圆。所述同心圆组成的圆环内径为8mm，外径为10mm。所述牛顿环金属光栅厚度为100nm，占空比为0.5。所述牛顿环金属光栅的光栅周期，即同心圆金属条纹的间距小于入射光波长。所述牛顿环金属光栅的光栅周期为150nm。
本发明光学电压互感器的工作原理为：光源经过起偏器得到线偏振光，线偏振光通过电光晶体，被分解为两个偏振方向正交的线偏振光o光和e光；由于两束偏振光的折射率不同，o光和e光在晶体内传播预定距离后产生电光相位延迟；四分之一波片将电光相位延迟转换为线偏振光偏振面的旋转，且旋转的角度正比于电场的大小；从四分之一波片出射的线偏振光经过牛顿环金属光栅，被分解为偏振方向互相垂直的TM波与TE波，仅有偏振方向与牛顿环金属光栅金属条纹垂直的TM波可以透过牛顿环金属光栅传播，其偏振方向为径向，从而形成具有暗纹的圆形光斑；暗纹的方向与线偏光的偏振面垂直，通过四象限探测器测量光斑和暗纹的旋转角，即可得出线偏光偏振面的旋转角度，计算出电场的大小。
以下为本发明的具体实现过程。
本发明的目的是提出一种基于牛顿环金属光栅实现的光学电压互感器，采用牛顿环金属光栅可以对电光相位延迟角线性地测量，测量结果与光功率的大小无关，仅与光强的分布有关。本发明如图1所示，由光源[1]、起偏器[2]、电光晶体[3]、四分之一波片[4]、牛顿环金属光栅[5]、四象限探测器[6]组成。光源和起偏器产生线偏振光，电光晶体与四分之一波片将待测电场大小转换为线偏光偏振面的旋转角度，牛顿环金属光栅将线偏振光转换为具有暗纹的圆形光斑。暗纹的方向与线偏光偏振面方向严格垂直，电光相位延迟角是暗纹的旋转角度的2倍。因此，通过四象限探测器测量光斑和暗纹的旋转角可以实现电光相位延迟角的线性测量。该光学电压互感器的工作原理如下：
如图1所示，光源[1]经过起偏器[2]得到线偏振光，线偏振光通过电光晶体[3]，被分解为两个偏振方向正交的线偏振光o光和e光，由于两个偏振方向的折射率不同，o光和e光在晶体内传播一定距离后产生电光相位延迟。四分之一波片[4]将电光相位延迟转换为线偏振光偏振面的旋转，且旋转的角度正比于电场的大小。从四分之一波片出射的线偏振光经过牛顿环金属光栅[5]，形成有暗条纹的圆形光斑。暗条纹的方向与线偏光的偏振面垂直。通过四象限探测器检测暗纹的方向，可以得出线偏光偏振面的旋转角度，计算出电场的大小。
牛顿环金属光栅的结构如图2所示，光栅刻槽为等间距的同心圆。同心圆组成的圆环内径为8mm，外径为10mm。光栅周期为150nm，厚度为100nm，占空比为0.5。线偏振光进入金属光栅，被分解为偏振方向互相垂直的TM波与TE波，仅有偏振方向与金属条纹垂直的TM波可以透过光栅传播，其偏振方向为径向；出射光为具有暗纹的圆环形光斑，其暗纹的方向与线偏振光的偏振面垂直，如图3所示。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于牛顿环金属光栅实现的光学电压互感器，其特征在于，包括光源、偏振片、电光晶体、四分之一波片、牛顿环金属光栅、四象限探测器；光源出射的光经偏振片产生线偏振光，线偏振光经电光晶体与四分之一波片使得线偏振光偏振面发生旋转；出射的线偏振光经牛顿环金属光栅转换为具有暗纹的圆形光斑，暗纹的方向与线偏振光偏振面方向严格垂直，且电光相位延迟角是暗纹旋转角度的2倍；通过四象限探测器测量光斑和暗纹的旋转角，即可实现电光相位延迟角的线性测量。
2.根据权利要求1所述的一种基于牛顿环金属光栅实现的光学电压互感器，其特征在于，所述牛顿环金属光栅刻槽为等间距的同心圆。
3.根据权利要求2所述的一种基于牛顿环金属光栅实现的光学电压互感器，其特征在于，所述同心圆组成的圆环内径为8mm，外径为10mm。
4.根据权利要求2所述的一种基于牛顿环金属光栅实现的光学电压互感器，其特征在于，所述牛顿环金属光栅厚度为100nm，占空比为0.5。
5.根据权利要求2所述的一种基于牛顿环金属光栅实现的光学电压互感器，其特征在于，所述牛顿环金属光栅的光栅周期，即同心圆金属条纹的间距小于入射光波长。
6.根据权利要求5所述的一种基于牛顿环金属光栅实现的光学电压互感器，其特征在于，所述牛顿环金属光栅的光栅周期为150nm。
7.根据权利要求1所述的一种基于牛顿环金属光栅实现的光学电压互感器，其特征在于，该光学电压互感器的工作原理为：光源经过起偏器得到线偏振光，线偏振光通过电光晶体，被分解为两个偏振方向正交的线偏振光o光和e光；由于两束偏振光的折射率不同，o光和e光在晶体内传播预定距离后产生电光相位延迟；四分之一波片将电光相位延迟转换为线偏振光偏振面的旋转，且旋转的角度正比于电场的大小；从四分之一波片出射的线偏振光经过牛顿环金属光栅，被分解为偏振方向互相垂直的TM波与TE波，仅有偏振方向与牛顿环金属光栅金属条纹垂直的TM波可以透过牛顿环金属光栅传播，其偏振方向为径向，从而形成有暗纹的圆形光斑；暗纹的方向与线偏光的偏振面垂直，通过四象限探测器测量光斑和暗纹的旋转角，即可得出线偏光偏振面的旋转角度，计算出电场的大小。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109521246A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-03-26 | 龙岩学院 | 基于牛顿环金属光栅实现的电流测量方法 |
| CN110989218A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-04-10 | Tcl华星光电技术有限公司 | 检测金属信号线漏光的装置及方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103018520A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-03 | 武汉烽火富华电气有限责任公司 | 一种电压检测用光学传感头及其制作方法 |
| CN106324743A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-01-11 | 青岛大学 | 一种基于金属光栅的偏振分束器 |
| CN106597053A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-04-26 | 福州大学 | 一种直通光路线性光学电流传感器及电流检测方法 |
| CN106872754A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-06-20 | 福州大学 | 基于四象限探测器实现的线性光学电流传感器及检测方法 |
| CN107894527A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-04-10 | 天津理工大学 | 基于电光效应的随机波导光栅电压传感器及其电压检测方法 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103018520A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-03 | 武汉烽火富华电气有限责任公司 | 一种电压检测用光学传感头及其制作方法 |
| CN106324743A (zh) * | 2016-11-15 | 2017-01-11 | 青岛大学 | 一种基于金属光栅的偏振分束器 |
| CN106597053A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-04-26 | 福州大学 | 一种直通光路线性光学电流传感器及电流检测方法 |
| CN106872754A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-06-20 | 福州大学 | 基于四象限探测器实现的线性光学电流传感器及检测方法 |
| CN107894527A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-04-10 | 天津理工大学 | 基于电光效应的随机波导光栅电压传感器及其电压检测方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 谭峭峰等: "《激光束二元光学变换及其应用》", 30 November 2016 * |
| 谭巧等: "实现线性测量的光学电压传感器设计", 《电力系统自动化》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109521246A (zh) * | 2018-12-11 | 2019-03-26 | 龙岩学院 | 基于牛顿环金属光栅实现的电流测量方法 |
| CN110989218A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-04-10 | Tcl华星光电技术有限公司 | 检测金属信号线漏光的装置及方法 |
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