铌酸锂光波导正弦波电场传感器的研究

发布时间：2017-11-05 04:15

  本文关键词：铌酸锂光波导正弦波电场传感器的研究

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【摘要】：复杂的电磁环境中精确的测量电场在实际应用中越来越重要,光学传感器相对于传统电学传感器具有抗电磁干扰,体积小,带宽大等优点,在电场测量领域具有更多的适用性。本文以集成光学基本原理为基础,设计并制作了铌酸锂光波导电场传感器,分别搭建了正弦波电场传感系统和纳秒脉冲电场传感系统,进行了电场探头的校准或测试,给出了提高纳秒脉冲电场传感系统性能的方案。1)介绍了铌酸锂光波导电场传感器为核心的电场传感系统,对传感器相关的背景和理论内容进行了梳理。由于铌酸锂光波导易受外界因素的干扰,采用反馈方式对传感器的工作点进行控制,对控制原理和结构进行了说明。2)根据测量要求,结合电光调制器调制原理和偶极子天线理论,分别就低频电场和高频电场传感器的电极结构进行分析。针对低频电场传感器的电极结构,分析了电极厚度、间距等参数对有效折射率neff的影响,施瓦兹变换将有厚度的电极转化为零厚度的电极,精确了数值分析,分别优化了电极的各个部分,结合仿真结果综合考虑后,得出了电极结构的尺寸。针对高频电场传感器的电极结构,采用与锥形天线类似的电极结构,改变结构参数进行仿真分析,通过比较仿真结果得出了满足测量要求的电极结构尺寸。3)将传感系统制作成样机,用以测量正弦波电场,并进行了相关的测试。基于仿真结果制作完成传感器后,将波长调谐模块加入到传感系统中,搭建了本论文使用的电场传感系统,对传感器进行了频率响应、线性动态等测试,低频电场传感器进行了10kHz～200kHz范围内的频率响应测试,高频电场传感器进行了200 kHz～12 GHz范围内的频率响应测试,测量结果表明系统的频响较为平坦,可探测到12 GHz的电场信号。低量程电场传感器进行了0.1 V/m～240V/m范围内的线性动态测试,高量程电场传感器进行了1 V/m～240 V/m范围内的线性动态测试,传感器的线性动态较好。4)利用结构类似的高频电场传感器,集成了纳秒脉冲电场测量系统,对纳秒脉冲信号进行了测量。测量结果表明传感系统可以很好的还原源电场的信息,为了减小传感系统的最小可探测场,提出了使用EDFA的方案,并进行了实验,实验结果表明,在光电探测模块前加入EDFA可以减小系统噪声,增大信号幅度,进而减小了最小可探测场的大小。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN252;TP212

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本文编号：1142549