一種適用于二維電場測量的光學傳感裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光電子技術領域，具體是涉及一種適用于二維電場測量的光學傳感裝 置。
【背景技術】
[0002] 隨著電子設備的大量使用，電磁干擾變得日益嚴重，很大程度上影響了其他設備 的使用，所以測量設備周圍的電場分布并采取抗干擾措施變得十分必要。傳統的電場測量 系統是采用電學的有源金屬傳感器。但電學傳感器的金屬部分如金屬探頭、同軸電纜對待 測電場產生嚴重畸變，使得測量結果誤差很大。且實際的電場干擾電場通常覆蓋很寬頻帶， 可能是幾 kHz到幾十GHz。而傳統的電學傳感器只能工作在某個頻點附近很窄的范圍內，限 制了其測量的帶寬范圍。為了克服傳統電學傳感器存在的局限性，研究人員利用了具有線 性電光效應晶體如鈮酸鋰，制作了集成光學電場傳感器，其具有靈敏度高、帶寬大、體積小 等優點。
[0003] 集成光學電場傳感器的研究目前主要集中在一維測量，這僅僅適用于電場方向明 確的測量。然而，待測電場的實際方向往往未知。如果傳感器的天線極化方向與待測電場 方向不一致，測量得到電場幅值是實際電場在天線極化方向上的投影，不能準確地反映實 際電場的幅值信息。即使知道待測電場方向，待測電場可能是變化的場，方向也可能隨時變 化，人為的改變傳感器放置方向也不切實際。
[0004] 所以電場傳感器至少能測量一維以上的電場，才能滿足實際電場測量的要求。平 行平面電場和球面電場就是二維電場。例如，申請號為201210348311. 8的中國專利文獻公 開了一種基于共路干涉的集成電場傳感器，包括鈮酸鋰基片、硅基片、墊片、探測單元和調 制單元，鈮酸鋰基片和硅基片通過紫外固化膠相互粘接，鈮酸鋰基片和硅基片分別通過紫 外固化膠與墊片相互粘結。探測單元包括兩個上接觸電極、連接導線和兩個偶極子天線；調 制單元包括兩個下接觸電極、光波導和兩個調制電極。該文獻中，集成電場傳感器結構較為 復雜，測量誤差較大，測量準確性較低。
【發明內容】
[0005] 本發明針對現有技術的不足之處，本發明提供了一種靈敏度高、準確性高的適用 于二維電場測量的光學傳感裝置，實現了利用一個傳感頭進行二維電場矢量測量的功能。
[0006] 一種適用于二維電場測量的光學傳感裝置，包括激光源、以及與激光源依次相連 的輸入保偏光纖、傳感單元、輸出單模光纖、光電探測器和信號處理單元，所述傳感單元包 括：
[0007] 鈮酸鋰基底；
[0008] 設置在鈮酸鋰基底上的第一 Y光波導和兩個馬赫增德爾結構光波導；所述第一 Y 光波導輸入端通過輸入保偏光纖與激光源輸出端相連，輸出端分別與兩個馬赫增德爾結構 光波導的輸入端相連；所述兩個馬赫增德爾結構光波導的輸出端通過輸出單模光纖與光電 探測器相連；在每個馬赫增德爾結構光波導的任一單個波導臂敷設偶極子天線，兩個偶極 子天線的極化方向正交。
[0009] 作為優選，所述鈮酸鋰基底由鈮酸鋰晶體制成，鈮酸鋰晶體的取向為X切（垂直于 晶體表面）y向傳光。
[0010] 實際制作時，在鈮酸鋰晶體表面通過鈦擴散或者質子交換形成一分二的第一 Y光 波導和兩個馬赫增德爾結構的光波導，一分二的第一 Y光波導為功率等分Y波導，第一 Y光 波導的兩個輸出端分別和馬赫增德爾結構的光波導相連，分別在兩個馬赫增德爾結構光波 導的單個波導臂敷設錐形偶極子天線。作為優選，所述的馬赫增德爾結構光波導是由兩個 第二Y光波導和兩條平行直波導構成，兩個第二Y光波導的分支分別與兩條平行直波導相 連。
[0011] 作為優選，所述兩個偶極子天線為錐形天線，兩個錐形天線的軸線方向與對應直 波導傳輸方向之間的夾角分別為45度或135度。本發明中所述的偶極子天線為錐形結構， 其中一個偶極子天線設計成斜45°，即天線的軸線方向與底邊成45°，另一個偶極子天線 設計成斜135°，即天線的的軸線方向與底邊成135°，兩個偶極子天線的極化方向相互正 交。
[0012] 作為優選，每個偶極子天線由兩個分別設置在光波導兩側且中心對稱的三角形子 塊組成，兩個子塊的底邊與對應直波導傳輸方向相互平行，兩個底邊的中線構成所述的軸 線。
[0013] 作為優選，兩個偶極子天線為鏡像結構。
[0014] 本發明中，所述的激光源為高穩定性光源，輸出為線偏振光，如半導體激光器。
[0015] 本發明中，所述的傳感裝置的靈敏度和響應帶寬與偶極子天線的尺寸，如天線間 距、寬度和高度有關。偶極子天線的材料為金屬，如金。
[0016] 作為優選，所述的信號處理單元用于處理兩個光電探測器輸出的電信號：進行頻 率識別，矢量幅值合成，方向計算。可以采用DSP或者FPGA。
[0017] 本發明提出的一種適用于二維電場測量的光學傳感裝置，能夠實現靈敏度高、準 確性高、處理過程容易的二維電場測量，其中的傳感單元結構簡單，制作工藝成熟，適用于 電磁兼容，電磁脈沖等電場測定。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發明實施例一種適用于二維電場測量的光學傳感裝置結構框圖；
[0019] 圖2是本實施例中傳感裝置中的傳感單元結構示意圖；
[0020] 圖3是傳感單元中兩個偶極子天線的結構示意圖。
[0021] 上述附圖中：
[0022] 1、激光源；2、輸入保偏光纖；3、傳感單元；4、鈮酸鋰基底；5、第一 Y光波導；6、馬 赫增德爾結構的光波導；7、第一偶極子天線；8、第二偶極子天線；9、輸出單模光纖；10、光 電探測器；11、信號處理單元。
【具體實施方式】
[0023] 本發明提出的一種適用于二維電場測量的光學傳感裝置結合附圖和具體實施例 詳細說明如下：
[0024] 本實施例的一種適用于二維電場測量的光學傳感裝置如圖1-3所示，該裝置包括 激光源1、輸入保偏光纖2、傳感單元3、輸出單模光纖9、光電探測器10和信號處理單元11。
[0025] 其中，激光源1的輸出端依次通過輸入保偏光纖2與傳感單元3的輸入端相連，傳 感單元的兩路輸出端分別通過兩根輸出單模光纖9、與兩個光電探測器10的輸入端相連， 光電探測器10的輸出端與信號處理單元11相連。
[0026] 所述的激光源1為高穩定性光源，輸出為線偏振光，如半導體激光器。
[0027] 所述的傳感單元3以鈮酸鋰晶體為基底，即鈮酸鋰基底4,在鈮酸鋰基底4表面通 過鈦擴散或者質子交換形成一分二的