CN112067907B - 基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法及系统 - Google Patents

基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法及系统 Download PDF

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CN112067907B CN202010803875.0A CN202010803875A CN112067907B CN 112067907 B CN112067907 B CN 112067907B CN 202010803875 A CN202010803875 A CN 202010803875A CN 112067907 B CN112067907 B CN 112067907B
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Abstract

本发明提供了一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法及系统，涉及电场方向测量技术领域。本发明通过在BGO晶体中设置入射方向不同的多条光路，计算空间电场对各光路出射光强度的影响，建立各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库。在测量电场时，利用各光路出射光强度测量值匹配各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库确定电场方向。电场测量误差仅受光电探测精度的影响，系统无源，无需标定，精度高。

Description

基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法及系统
技术领域
本发明涉及电场方向测量技术领域，具体涉及一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法及系统。
背景技术
电场测量无论在实际应用或相关科研过程中都具有非常重要的应用和意义。在设备仪器安全运行的计量、保护和监测中发挥着重要作用，电场测量的主要通过电场传感器进行测量。电场传感器主要有电子式、电荷感应式和光学式等几种。但是该几种传感器一般都受限于电场的一维或二维分量上的测量，探测方向一般与传感器的主轴方向平行或垂直。在变化的电场或电场方向未知的情况下，无法保证使一维或二维传感器的主轴平行或垂直于电场方向，且测量结果只能得到空间电场的两个分量，不能得到准确的结果。
现有技术中，球形探头式电场传感器可以通过调整传感探头电极数量配置实现电场的一维到三维的测量。
但球形探头式电场传感器受限于中电极的结构尺寸，无法进一步提高传感器测量精度，另外，金属材质电极干扰了待测外部空间电场，传感器本身抗电磁干扰能力弱，应对环境变化的稳定性弱，进一步影响精度。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法及系统，解决了现有的电场传感器对三维电场的测量精度不高的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，提供一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法，该方法包括：
步骤1、通过基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置构建所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置中各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库；
步骤2、通过所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置获取待测外部空间电场对应的各光路的出射光强度测量值；
步骤3、基于各光路的出射光强度测量值以及浮动范围，在对应光路的所述各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库中搜索匹配的数据组；基于所述数据组，计算待测外部空间电场方向。
进一步的，所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置包括：不少于三个波长和入射角度均不同的光源；
每个所述光源均连接有起偏器；
所述起偏器均连接在同一个BGO晶体上；
所述BGO晶体连接有与起偏器一一对应的光纤准直器；
所述光纤准直器连接有检偏器；
所述检偏器连接有光电探测器。
进一步的，所述步骤1包括：
步骤1.1、定义电场方向单位矢量为
Figure BDA0002628386470000021
步骤1.2、获取所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置对应的真空的波矢k0、光的传播方向r、有效电光系数reffi、外部空间电场强度E0、分量E2对应的初始值E2(0)、分量E1和E2对应的折射率n1和n2，并初始化电场方向c。
步骤1.3、基于预设的出射光强度计算公式，计算得到各光路对应的出射光强度理论值；将所述出射光强度理论值和对应的电场方向关联后存储至对应光路的各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库；
步骤1.4、更新θ和
Figure BDA0002628386470000031
的取值，并返回步骤1.3，直至遍历θ和
Figure BDA0002628386470000032
的所有组合，完成各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库构建，其中，θ∈[0，π]，
Figure BDA0002628386470000033
进一步的，所述步骤3包括：
步骤3.1、基于各光路的出射光强度测量值以及浮动范围，得到各光路的匹配范围；
步骤3.2、在各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库中筛选符合匹配范围的数据组集合
Figure BDA0002628386470000034
其中，i表示第i条光路，k表示第k个匹配的数据组；
步骤3.3、基于
Figure BDA0002628386470000035
筛选出所有所述数据组集合中共有的数据组
Figure BDA0002628386470000036
步骤3.4、基于数据组
Figure BDA0002628386470000037
计算电场方向c；其中，电场方向为
Figure BDA0002628386470000038
进一步的，所述各光路对应的出射光强度理论值的计算公式为：
Figure BDA0002628386470000039
Figure BDA00026283864700000310
Figure BDA00026283864700000311
Figure BDA00026283864700000312
I2(0)＝|E2(0)|2
其中，
E1和E2表示光在晶体中传播的两个独立的电场分量；
k0为真空的波矢；
r表示入射方向；
reffi为有效电光系数，i＝1,2,3；
E0为外部空间电场强度；
E2(0)表示E2对应的初始值；
n1和n2分别为E1和E2对应的折射率。
第二方面，提供一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量系统，包括基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置、数据库模块以及电场方向计算模块；
所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置用于获取各光路的出射光强度测量值；
所述数据库模块用于基于所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置构建各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库；
所述电场方向计算模块用于基于所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置输出的各光路的出射光强度测量值和各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库计算电场方向。
进一步的，所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置包括：不少于三个光源，用于输出波长和入射角度均不同的激光；
每个所述光源均连接有起偏器；
所述起偏器均连接在同一个BGO晶体上；
所述BGO晶体连接有与起偏器一一对应的光纤准直器；
所述光纤准直器连接有检偏器；
所述检偏器连接有光电探测器。
进一步的，所述基于所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置构建各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库包括如下步骤：
步骤1.1、定义电场方向单位矢量为
Figure BDA0002628386470000051
步骤1.2、获取所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置对应的真空的波矢k0、光的传播方向r、有效电光系数reffi、外部空间电场强度E0、分量E2对应的初始值E2(0)、分量E1和E2对应的折射率n1和n2，并初始化电场方向c；
步骤1.3、基于预设的出射光强度计算公式，计算得到各光路对应的出射光强度理论值；将所述出射光强度理论值和对应的电场方向关联后存储至对应光路的各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库；
步骤1.4、更新θ和
Figure BDA0002628386470000052
的取值，并返回步骤1.3，直至遍历θ和
Figure BDA0002628386470000053
的所有组合，完成各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库构建；其中，θ∈[0，π]，
Figure BDA0002628386470000054
进一步的，所述基于所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置输出的各光路的出射光强度测量值和各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库计算电场方向，包括如下步骤：
步骤3.1、基于各光路的出射光强度测量值以及浮动范围，得到各光路的匹配范围；
步骤3.2、在各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库中筛选符合匹配范围的数据组集合
Figure BDA0002628386470000055
其中，i表示第i条光路，k表示第k个匹配的数据组；
步骤3.3、基于
Figure BDA0002628386470000056
筛选出所有所述数据组集合中共有的数据组
Figure BDA0002628386470000057
步骤3.4、基于数据组
Figure BDA0002628386470000058
计算电场方向c；其中，电场方向为
Figure BDA0002628386470000059
进一步的，所述各光路对应的出射光强度理论值的计算公式为：
Figure BDA00026283864700000510
Figure BDA0002628386470000061
Figure BDA0002628386470000062
Figure BDA0002628386470000063
I2(0)＝|E2(0)|2
其中，
E1和E2表示光在晶体中传播的两个独立的电场分量；
k0为真空的波矢；
r表示入射方向；
reffi为有效电光系数，i＝1,2,3；
E0为外部空间电场强度；
E2(0)表示E2对应的初始值；
n1和n2分别为E1和E2对应的折射率。
本发明提供了一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法及系统。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明通过在BGO晶体中设置入射方向不同的多条光路，计算空间电场对各光路出射光强度的影响，建立各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库。在测量电场时，利用各光路出射光强度测量值匹配各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库确定电场方向。电场测量误差仅受光电探测精度的影响，系统无源，无需标定，精度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的流程图；
图2为本发明实施例2的结构示意图；
图3为BGO晶体的晶向坐标系参考方向和晶面指数示意图；
图4为空间中任意方向单位矢量的示意图；
图5为在垂直于入射光方向的平面内方位角α的示意图；
图6为入射方向对应的空间电场出射光强度分布的数据库的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例通过提供一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法及系统，解决了现有的电场传感器对三维电场的测量精度不高问题，实现快速获取待测外部空间电场方向三维分量。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
通过在BGO晶体中设置入射方向不同的多条光路，计算空间电场对各光路出射光强度的影响，建立各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库。在测量电场时，利用各光路出射光强度测量值匹配各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库确定电场方向。电场测量误差仅受光电探测精度的影响，系统无源，无需标定，精度高。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1：
如图1所示，本发明提供了一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法，该方法包括：
步骤1、通过基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置构建所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置中各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库；
步骤2、通过所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置获取待测外部空间电场对应的各光路的出射光强度测量值；
步骤3、基于各光路的出射光强度测量值以及浮动范围，在对应光路的所述各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库中搜索匹配的数据组；基于所述数据组，计算待测外部空间电场方向。
与现有技术相比，本实施例的有益效果为：
通过在BGO晶体中设置入射方向不同的多条光路，计算空间电场对各光路出射光强度的影响，建立各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库。在测量电场时，利用各光路出射光强度测量值匹配各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库确定电场方向。电场测量误差仅受光电探测精度的影响，系统无源，无需标定，精度高。
下面对本实施例的具体实现过程进行说明：
在本实施例中，所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置的结构如图2所示；
为防止不同光路方向的光在晶体中路径相交发生耦合现象，影响正确的相位信息传输，该装置包括多个光源，用于输出波长和入射角度均不同的激光；光源数量越多越好，但受限于晶体大小以及成本等因素，需要综合考虑。经过我们计算，一个光路和两个光路都会存在多解的问题，即一组光强值对应着多个电场方向。因此这里采用三束光入射，且给出的三个参考方向得到的光强分布图之间是无相关性的，因此可以唯一的确定电场方向。
光信号通过保偏光纤传输。
每个所述光源均连接有起偏器；
所述起偏器均连接在同一个BGO晶体上，线偏光在晶体内被分解为正常光和非正常光，它们的振动方向沿晶体感应光轴的方向。
所述BGO晶体被置于外部空间电场中。所述BGO晶体连接有与起偏器一一对应的光纤准直器；光纤准直器用于使从BGO晶体出射的激光准直；
所述光纤准直器连接有检偏器；光束出射晶体后，透过第二块偏振片，即检偏器，两束光振动方向平行于偏振片透光轴的分量通过偏振片，发生干涉。
所述检偏器连接有光电探测器；所述光电探测器用于输出出射光强度测量值。
其中，光源通过第一光纤与起偏器连接，所述检偏器通过第二光纤与光电探测器连接。第一光纤和第二光纤为保偏光纤。
所述起偏器与BGO晶体胶合连接。所述光纤准直器与BGO晶体胶合连接。所述检偏器与光纤准直器胶合连接。
具体实施时，需要确定所述装置的入射方向r和最佳的偏振分量方向。
定义入射方向：
为便于传感器中各光学元件涉及的矢量方向的表示，以电光晶体的晶向坐标系，也称主轴坐标系为参考基准，如图3所示已经标示出了已切割的块状BGO晶体的晶向坐标系参考方向和晶面指数。
定义空间中任意方向单位矢量的表示，如图4所示，
设θ为从原点出发的空间任意方向矢量r与z轴的夹角；
Figure BDA0002628386470000091
为r矢量在xoy平面内的投影与x轴的夹角；
则空间单位矢量r可表示为:
Figure BDA0002628386470000092
θ∈[0，π]，
Figure BDA0002628386470000093
定义正交偏振分量：
在耦合波理论建立的数学模型中，a，b矢量分别为垂直于光传播方向上的两个正交偏振分量，在垂直于入射光方向的平面内，如图5所示，定义方位角α，定位了垂直于入射光r矢量的a，b偏振分量的方向；若使r矢量与z轴重合，则各矢量可以表示为：
a(sinα,-cosα,0)；
b(cosα,sinα,-0)；
r(0,0,1)；
方位角α取值范围[0,π/2]遍历垂直于r方向的任意正交组位置。
经过计算，a，b正交组在三维空间中的单位矢量表示为：
Figure BDA0002628386470000101
Figure BDA0002628386470000102
可以表示在晶向坐标系下，空间任意正交组分量的方向。
为了便于计算，可从长方体BGO晶体的四个体对角线、六个面对角线和三个棱长方向共十三个光入射方向中选择三个作为入射方向，由于晶体内特殊的晶格方向排列，不同偏振分量方向(a，b方向)的设置会影响光电探测器的调制深度。所以针对每一个入射方向需要找到最佳的偏振分量方向获得理论上最大的电光效应，即需要找出不同入射方向的确定a,b矢量的方向(起偏器和检偏器的透光轴方向)，使光电探测器在空间电场中能获得最大的出射光强度，在实际应用中，更明显的出射光强度变化能够提高测量精度。在具体实施时，可根据客户需要确定偏振分量方向。参考入射方向及对应方位角如表1所示。
表1
Figure BDA0002628386470000103
Figure BDA0002628386470000111
步骤1包括：
步骤1.1、基于图4，可定义电场方向单位矢量为
Figure BDA0002628386470000112
步骤1.2、获取所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置对应的真空的波矢k0、光的传播方向r、有效电光系数reffi、外部空间电场强度E0、分量E2对应的初始值E2(0)、分量E1和E2对应的折射率n1和n2，上述参数可通过简单计算或查询获得，并初始化电场方向c。
步骤1.3、基于预设的出射光强度计算公式，计算得到各光路对应的出射光强度理论值；将所述出射光强度理论值和对应的电场方向关联后存储至对应光路的各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库；
其中，根据以往的研究，例如《基于有限元方法和耦合波理论的电光器件仿真分析》，邱鑫茂，2016.06.01，可知，出射光强度理论值的计算公式可表示为：
Figure BDA0002628386470000121
Figure BDA0002628386470000122
Figure BDA0002628386470000123
Figure BDA0002628386470000124
I2(0)＝|E2(0)|2
其中，E1和E2表示光在晶体中传播的两个独立的电场分量；
k0为真空的波矢；
r表示入射方向；
reffi为有效电光系数，i＝1,2,3；
E0为外部空间电场强度；
E2(0)表示E2对应的初始值；
n1和n2分别为E1和E2对应的折射率。
因此，可通过上式计算出出射光强度理论值Iout。
这是本发明各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库建立的理论依据。
步骤1.4、更新θ和
Figure BDA0002628386470000125
的取值，并返回步骤1.3，直至遍历θ和
Figure BDA0002628386470000126
的所有组合，完成各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库构建；其中，θ∈[0，π]，
Figure BDA0002628386470000127
如图6所示，显示了选取的三个入射方向对应的空间电场出射光强度分布的数据库的可视化界面。
图中x轴和y轴自变量分别表示对应外电场方向的方位角θ和
Figure BDA0002628386470000128
自变量取值范围[0，π]，
Figure BDA0002628386470000131
的取值即为该电场方向下的方位角坐标。z轴显示的数值表示光路在对应自变量方位角坐标取值下外电场方向的传感器输出透射率，每条光路方向对应其不同的数值分布。
任意外部空间电场的方向在图6中可以用一条垂直于底面的直线表示，数据组
Figure BDA0002628386470000132
的取值确定了直线在坐标系中的位置。这条直线分别穿过三个输出分布图，得到三个标记的交点。待测外部空间电场方向的调制对应了各光路中输出光强度的三个不同测量值，那么利用各光路有序的出射光强度测量值便可以在分布图中唯一确定外电场的坐标。
在各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库中查找该光路输出测量值时，由于各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库中储存的是理论计算值，由数据精度，保留小数，测量误差等原因引起的矛盾，因此不可能匹配到完全相同的数据，所以应适当设置数据的浮动范围进行查找。浮动范围大小的设置取决于数据库中角度坐标的细分程度和对测量结果要求的精度，需要在实际应用中多次试验权衡最佳的最佳的设置值，浮动范围设置过小会导致导致数据库匹配失败，而浮动范围设置过大则会得到多解造成测量精度低的结果。因此：
步骤3包括：
步骤3.1、基于各光路的出射光强度测量值以及浮动范围，得到各光路的匹配范围；
步骤3.2、在各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库中筛选符合匹配范围的数据组集合
Figure BDA0002628386470000133
其中，i表示第i条光路，k表示第k个匹配的数据组；
步骤3.3、基于
Figure BDA0002628386470000134
筛选出所有所述数据组集合中共有的数据组
Figure BDA0002628386470000135
步骤3.4、基于数据组
Figure BDA0002628386470000136
计算电场方向c；其中，电场方向为
Figure BDA0002628386470000137
实施例2
如图2所示，本发明还提供了一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量系统，包括基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置、数据库模块以及电场方向计算模块。
所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置包括：
多个光源，用于输出波长和入射角度均不同的激光；最少需要三个光源，光信号通过保偏光纤传输。
每个所述光源均连接有起偏器；
所述起偏器均连接在同一个BGO晶体上；BGO晶体被置于外部空间电场中。
由于晶体的Pockels效应，线偏光在晶体内被分解为正常光和非正常光，它们的振动方向沿晶体感应光轴的方向。
所述BGO晶体连接有与起偏器一一对应的光纤准直器；光纤准直器用于使从BGO晶体出射的激光准直；
所述光纤准直器连接有检偏器；光束出射晶体后，透过第二块偏振片，即检偏器，两束光振动方向平行于偏振片透光轴的分量通过偏振片，发生干涉。
所述检偏器连接有光电探测器；所述光电探测器用于输出出射光强度测量值。
所述光源通过第一光纤与起偏器连接，所述检偏器通过第二光纤与光电探测器连接。第一光纤和第二光纤为保偏光纤。
所述起偏器与BGO晶体胶合连接。所述光纤准直器与BGO晶体胶合连接。所述检偏器与光纤准直器胶合连接。
所述数据库模块用于基于所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置构建各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库。
其中，各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库的构建方法可采用实施例1中基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法中的步骤1，即步骤1.1-1.4。
其中，遍历θ和
Figure BDA0002628386470000151
的所有组合，具体可采用如下方法：
初始化电场方向c时，令θ＝0，
Figure BDA0002628386470000152
判断是否满足θ＝π；
若不满足，令θ＝θ+m，返回步骤1.3；
若满足，判断是否满足
Figure BDA0002628386470000153
若不满足，
Figure BDA0002628386470000154
返回步骤1.3；若满足，完成各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库构建。
其中，m为调节单位精度，m理论上是可以无限小，而且由于我们是事先计算各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库，所以在电场强度不变的前提下，不存在时间问题，所以不论m取多小，均可以计算出来，例如将[0，π]划分为30份。
所述电场方向计算模块用于基于所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置输出的各光路的出射光强度测量值和各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库计算电场方向。
同样，本实施例中，计算电场方向的方法可采用实施例1中基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法中的步骤3，包括如下步骤：步骤3.1-3.4。
可理解的是，本发明实施例提供的基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量系统与上述基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法相对应，其有关内容的解释、举例、有益效果等部分可以参考基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法中的相应内容，此处不再赘述。
综上所述，本发明的有益效果如下：
在BGO晶体中设置入射方向不同的多条光路，计算空间电场对各光路出射光强度的影响，建立各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库。在测量电场时，利用各光路出射光强度测量值匹配各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库确定电场方向。电场测量误差仅受光电探测精度的影响，系统无源，无需标定，精度高。
需要说明的是，通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1、通过基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置构建所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置中各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库；
步骤2、通过所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置获取待测外部空间电场对应的各光路的出射光强度测量值；
步骤3、基于各光路的出射光强度测量值以及浮动范围，在对应光路的所述各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库中搜索匹配的数据组；基于所述数据组，计算待测外部空间电场方向；
所述步骤1包括：
步骤1.1、定义电场方向单位矢量为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤1.2、获取所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置对应的真空的波矢
Figure DEST_PATH_IMAGE004
、光的传播方向r、有效电光系数
Figure DEST_PATH_IMAGE006
、外部空间电场强度
Figure DEST_PATH_IMAGE008
、分量
Figure DEST_PATH_IMAGE010
对应的初始值
Figure DEST_PATH_IMAGE012
、分量
Figure DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 8129DEST_PATH_IMAGE010
对应的折射率
Figure DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，并初始化电场方向c；
步骤1.3、基于预设的出射光强度计算公式，计算得到各光路对应的出射光强度理论值；将所述出射光强度理论值和对应的电场方向关联后存储至对应光路的各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库；
步骤1.4、更新
Figure DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure DEST_PATH_IMAGE022
的取值，并返回步骤1.3，直至遍历
Figure 66215DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 314794DEST_PATH_IMAGE022
的所有组合，完成各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库构建，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
,
Figure DEST_PATH_IMAGE026
；
所述步骤3包括：
步骤3.1、基于各光路的出射光强度测量值以及浮动范围，得到各光路的匹配范围；
步骤3.2、在各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库中筛选符合匹配范围的数据组集合
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，其中，i表示第i条光路，k表示第k个匹配的数据组；
步骤3.3、基于
Figure 382107DEST_PATH_IMAGE028
，筛选出所有所述数据组集合中共有的数据组
Figure DEST_PATH_IMAGE030
；
步骤3.4、基于数据组
Figure 399742DEST_PATH_IMAGE030
，计算电场方向c；其中，电场方向为
Figure 956625DEST_PATH_IMAGE002
；
且所述各光路对应的出射光强度理论值的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
Figure DEST_PATH_IMAGE034
Figure DEST_PATH_IMAGE036
Figure DEST_PATH_IMAGE038
Figure DEST_PATH_IMAGE040
其中，
Figure 974391DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 642132DEST_PATH_IMAGE010
表示光在晶体中传播的两个独立的电场分量；
Figure 45432DEST_PATH_IMAGE004
为真空的波矢；
r 表示入射方向；
Figure 242058DEST_PATH_IMAGE006
为有效电光系数，i=1,2,3；
Figure 730808DEST_PATH_IMAGE008
为外部空间电场强度；
Figure 936661DEST_PATH_IMAGE012
表示
Figure 194467DEST_PATH_IMAGE010
对应的初始值；
Figure 358733DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 63340DEST_PATH_IMAGE018
分别为
Figure 72885DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 185197DEST_PATH_IMAGE010
对应的折射率。
2.如权利要求1所述的一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量方法，其特征在于，所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置包括：不少于三个波长和入射角度均不同的光源；
每个所述光源均连接有起偏器；
所述起偏器均连接在同一个BGO晶体上；
所述BGO晶体连接有与起偏器一一对应的光纤准直器；
所述光纤准直器连接有检偏器；
所述检偏器连接有光电探测器。
3.一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量系统，其特征在于，包括基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置、数据库模块以及电场方向计算模块；
所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置用于获取各光路的出射光强度测量值；
所述数据库模块用于基于所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置构建各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库；
所述电场方向计算模块用于基于所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置输出的各光路的出射光强度测量值和各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库计算电场方向；
所述基于所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置构建各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库包括如下步骤：
步骤1.1、定义电场方向单位矢量为
Figure 254784DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤1.2、获取所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置对应的真空的波矢
Figure 718127DEST_PATH_IMAGE004
、光的传播方向r、有效电光系数
Figure 265783DEST_PATH_IMAGE006
、外部空间电场强度
Figure 498181DEST_PATH_IMAGE008
、分量
Figure 738669DEST_PATH_IMAGE010
对应的初始值
Figure 423729DEST_PATH_IMAGE012
、分量
Figure 40655DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 861980DEST_PATH_IMAGE010
对应的折射率
Figure 538949DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 445725DEST_PATH_IMAGE018
，并初始化电场方向c；
步骤1.3、基于预设的出射光强度计算公式，计算得到各光路对应的出射光强度理论值；将所述出射光强度理论值和对应的电场方向关联后存储至对应光路的各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库；
步骤1.4、更新
Figure 600763DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 807754DEST_PATH_IMAGE022
的取值，并返回步骤1.3，直至遍历
Figure 390045DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 49696DEST_PATH_IMAGE022
的所有组合，完成各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库构建，其中，
Figure 8425DEST_PATH_IMAGE024
,
Figure 538763DEST_PATH_IMAGE026
；
所述基于所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置输出的各光路的出射光强度测量值和各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库计算电场方向，包括如下步骤：
步骤3.1、基于各光路的出射光强度测量值以及浮动范围，得到各光路的匹配范围；
步骤3.2、在各光路对应的空间电场出射光强度分布的数据库中筛选符合匹配范围的数据组集合
Figure 557535DEST_PATH_IMAGE028
，其中，i表示第i条光路，k表示第k个匹配的数据组；
步骤3.3、基于
Figure 704482DEST_PATH_IMAGE028
，筛选出所有所述数据组集合中共有的数据组
Figure 201323DEST_PATH_IMAGE030
；
步骤3.4、基于数据组
Figure 117326DEST_PATH_IMAGE030
，计算电场方向c；其中，电场方向为
Figure 41420DEST_PATH_IMAGE002
；
且所述各光路对应的出射光强度理论值的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE032A
Figure DEST_PATH_IMAGE034A
Figure DEST_PATH_IMAGE036A
Figure DEST_PATH_IMAGE038A
Figure DEST_PATH_IMAGE040A
其中，
Figure 691975DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 726927DEST_PATH_IMAGE010
表示光在晶体中传播的两个独立的电场分量；
Figure 763016DEST_PATH_IMAGE004
为真空的波矢；
r 表示入射方向；
Figure 713972DEST_PATH_IMAGE006
为有效电光系数，i=1,2,3；
Figure 552615DEST_PATH_IMAGE008
为外部空间电场强度；
Figure 177631DEST_PATH_IMAGE012
表示
Figure 709107DEST_PATH_IMAGE010
对应的初始值；
Figure 786784DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 694697DEST_PATH_IMAGE018
分别为
Figure 439799DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 876597DEST_PATH_IMAGE010
对应的折射率。
4.如权利要求3所述的一种基于线性电光效应耦合波理论的电场方向测量系统，其特征在于，所述基于线性电光效应耦合波理论的出射光强度测量装置包括：不少于三个光源，用于输出波长和入射角度均不同的激光；
每个所述光源均连接有起偏器；
所述起偏器均连接在同一个BGO晶体上；
所述BGO晶体连接有与起偏器一一对应的光纤准直器；
所述光纤准直器连接有检偏器；
所述检偏器连接有光电探测器。
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