《基於光電集成的強電場時域測量感測器及其特性研究》是依託清華大學，由牛犇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於光電集成的強電場時域測量感測器及其特性研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：牛犇
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題針對高電壓領域強電場時域測量的迫切需求，以解決已有感測器方案溫度穩定性較差、無法回響直流信號等問題，結合光電集成電場感測器和體材料感測器的優勢，提出基於光波導偏振調製原理的新型結構的光電電場感測器。基於光電耦合機理的研究，完成新型感測器的理論建模，分析並確定感測器的設計參數，最佳化集成光學工藝流程與參數，製作感測器原理樣機。測試原理樣機的工作穩定性，並基於光路的偏振態反饋控制，抑制環境參量對感測器的影響，得到具有正交工作點、穩定性高的動態控制方案。建立適應高電壓領域電場測量特點的校準實驗平台，實現對該高場強、高頻寬感測器的時域校準。最終研製出全電介質、高穩定性、滿足高電壓領域強電場測量要求的光電集成時域電場測量系統。
結題摘要
高電壓領域的各種現象和問題歸根結底都是電場的作用，這一領域的強電場測量需要高場強、高頻寬、對待測電場影響小的感測器。現有的基於光強度調製的馬赫-曾德爾干涉儀型集成光電電場感測器能夠初步滿足這些要求，但存在溫度穩定性差的突出問題，難以廣泛套用。本項目基於光偏振調製原理研究了新的感測器原理和結構，主要研究內容及成果如下：（1）自主研究並設計了共路干涉儀型光電集成電場感測器，大幅度提高了測量系統溫度穩定性，達到了戶外現場測量的要求，為高電壓工程領域強電場測量提供了可以實用的測量手段。（2）採用有效折射率法研究了光學偏置點與波導寬度及光波波長的關係，提出了將波導預擴散寬度變化及波長變化相結合的光學偏置點組合控制方法，將實測結果與設計值之間的偏差控制在5度之內。提出了令波導平行於晶體光軸等改善光波傳輸與調製穩定性的方法，有效提升了光路穩定性。（3）提出了波導基片與天線基片相分離的感測器設計方法，並製作完成了多支感測器。經溫度穩定性測試，感測器在0 ~50攝氏度範圍內測量誤差小於3 %。（4）實驗研究了感測器的時域、頻域回響特性，結果表明其3分貝下限截止頻率約為5 赫茲、上限截止頻率約為6.5吉赫茲。提出並實現了通過轉移諧振頻率和分散諧振能量來抑制壓電諧振的方法。（5）特快速暫態過電壓電場及離子加速電場等測試結果表明該感測器完全適用於寬頻帶瞬態強電場的測量，為高電壓工程領域的電場測量提供了科學的手段。
