CN205353175U - 一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器 - Google Patents

一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器 Download PDF

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史久林
杨俊杰
周锐
张余宝
武浩鹏
王泓鹏
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何兴道
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Abstract

一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器，包括：激光器，其用于发射激光作为输入光；起偏器，其作用于输入光而输出竖直偏振光；电光晶体，其响应于电压作用于输入光场的相位；1/4波片，其作用于竖直偏振光在光场分量上的相位；检偏器，其响应于输入光而输出水平偏振光；相位检测器，其作用于光场的分量输出其相位差；控制器，其作用相位信号输出电压信号。本实用新型的作用是：在电光晶体通电情况下，电光晶体内的折射率发生变化，使经过电光晶体的光在相位分量上产生相位差，最后通过相位检测器和控制器计算出所加电压的大小。本实用新型具有测量精度高，非接触性光学测量和高压检测的特点。

Description

一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器
技术领域
本发明涉及一种电压检测器，具体涉及到一种入射激光经过外加电场下电光晶体的纵向调制的电压检测器。
背景技术
电光强度调制的原理时利用电光晶体在外加电场作用下，折射率发生变化，从而使入射光在两主轴方向的分量产生相位延迟，经线偏振器后输出光光强与外加电场有关，即将输入电压信号转换为光强信号输出。
随着现代实验和工业要求，电压测量的精度和高压电压的测量要求精密化和安全化，本发明利用电光晶体的调制作用实验电光转换的机制，加以光学测量的高精密度以及非接触型测量安全化。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器和监测方法，其中使用激光器发射激光经过光路调节后进入电光晶体同时待测电压加载于电光晶体作用于折射率的变化，通过相位检测器和控制器处理光强和位相差算出待测电压。
根据本发明提供的一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器，包括：激光器，其用于发射激光作为输入光；起偏器，其作用于输入光而输出竖直偏振光；电光晶体，其响应于电压作用于输入光场的相位；1/4波片，其作用于竖直偏振光在光场分量上的相位；检偏器，其响应于输入光而输出水平偏振光；相位检测器，其作用于光场的分量输出其相位差；控制器，其作用相位信号输出电压信号；其特征在于：所述电压检测器所有元件固定在同一光轴，从左起依次排列激光器、起偏器、电光晶体、1/4波片、检偏器、相位检测器和控制器。
进一步所述激光器为氦-氖激光器，其输出波长为632.8纳米，功率为350毫瓦。
进一步所述起偏器为全透射型竖直偏振片，方向为竖直向上的x轴方向，作用于通过起偏器入射的激光输出竖直偏振光。
进一步所述电光晶体为ADP晶体，其中电光晶体通光方向和电场方向一致，形成纵向电光强度调制，标准光折射率为1.418，波长为0.546微米，半波电压为9.20Uπ/kV，室温下的电光系数为γ41=28.0X10-12（m/V）和γ63=8.5X10-12（m/V）；所述电光晶体在外加电场的作用下，折射率发生变化，入射光在主轴方向的分量产生相位延迟。
进一步所述1/4波片为一种双折射玻璃薄片，其入射光沿主轴方向的两个分量的位相差增加π/2。
进一步所述检偏器为水平偏振片，偏振方向为水平向外的y轴方向，作用于入射光输出水平偏振光。
进一步所述相位检测器作用于入射激光，输出沿主轴方向两个分量的相位角。
进一步所述控制器包含单片机，显示器和示波器；其中单片机装有***程序和算法，输入示波器的位相差数值，输出电压数值；显示其总用语单片机的译码信号输出数值；示波器响应于位相相位角和光波信号输出相位角值。
根据本发明提供的一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器，激光入射方向为z方向，竖直向上方向为x轴，水平向外方向为y轴；电光晶体自身半波电压固定于Uπ；示波器整流滤波获得的位相差为δ；单片机***设定电压值为U，算法获取的公式为U=（δ’·Uπ）/π。
附图说明
图1是本发明的***结构图。
图2是本发明的***原理图。
图3是本发明的***流程图。
***结构如图所示，1，激光器2，起偏器3，电光晶体4，1/4波片5，检偏器6，相位检测器7，控制器；111，水平入射光112，竖直线偏振光113，A系调制线偏振光114，B系调制线偏振光115，水平线偏振光116，光波脉冲；001，Iλ=632.8nm入射光002，光强IX=0,Y=1竖直偏振光003，光强IX=COSδ,Y=SINδ调制偏振光和半波电压Uπ=9.20/kV004，光强IX=COS(δ+π/2),Y=SIN(δ+π/2)调制偏振光005，光强IX=COS(δ+π/2),Y=0水平偏振光006，位相差δ’=δ+π/2007，待测电压U=（δ’·Uπ）/π。
具体实施方式
在图1中，一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器，其特征在于：待测电压加载到电光晶体3上，激光器1发射激光作为入射光通过起偏器2，入射光变为竖直线偏振光；竖直线偏振光入射到电光晶体3中，所加电压作用于电光晶体3使其折射率改变，竖直线偏振光经过折射转为调制线偏振光；调制线偏振光出射于电光晶体3射入1/4波片4，通过1/4波片4调谐光分量的位相差；调制线偏振光入射到检偏器5，变为水平线偏振光；水平线偏振光射入相位检测器6，将水平线偏振光变为光波脉冲输入控制器7，通过控制器7的算法程序处理信号输出待测电压测量值。
在图2中，一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器，其特征在于：激光器8发射的激光作为入射光111经过起偏器9转变为竖直线偏振光112；待测电压直接加载于电光晶体10，电光晶体10在所加电压形成的电场作用下折射率发生变化；竖直线偏振光112进入电光晶体10，经过晶体折射转变为A系调制线偏振光113，线偏振光沿主轴的分量分别为X’和Y’，两个分量的夹角为δ；A系调制线偏振光113入射到1/4波片11，转变为B系调制线偏振光114，线偏振光沿主轴的两个分量转变为X’’和Y’’，两个分量的夹角转变为δ’【δ’=δ+π/2】；B系调制线偏振光114入射到检偏器12，转变为水平线偏振光115；水平线偏振光115入射到相位检测器13，经过光波调制，相位角调制，输出光波脉冲116和光波分量位相差；光波脉冲116和位相差输入控制器14，通过示波器转变为位相差数值δ’，输出位相差数值δ’于单片机；单片机接收示波器信号触发算法程序U=（δ’·Uπ）/π，输出计算值U于显示器；显示器显示待测电压数值U。
在图3中，一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器，其特征在于：入射光为波长λ=632.8nm，光强为I的激光经过起偏器（2,9）变为光强为IX=0,Y=1竖直偏振光；然后进入电光晶体（3,10）经过折射变为光强为IX=COSδ,Y=SINδ和半波电压为Uπ=9.20/kV调制偏振光；然后进入1/4波片（4,11），变为光强为IX=COS(δ+π/2),Y=SIN(δ+π/2)调制偏振光；然后进入检偏器（5,12），变为光强为IX=COS(δ+π/2),Y=0水平偏振光；然后进入相位检测器（6,13），调制出位相差δ’=δ+π/2的光波脉冲；然后输入控制器（7,14），经过单片机启动程序计算待测电压U=（δ’·Uπ）/π，最后通过显示器显示待测电压数值。

Claims (9)

1.一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器，包括：激光器，其用于发射激光作为输入光；起偏器，其作用于输入光而输出竖直偏振光；电光晶体，其响应于电压作用于输入光场的相位；1/4波片，其作用于竖直偏振光在光场分量上的相位；检偏器，其响应于输入光而输出水平偏振光；相位检测器，其作用于光场的分量输出其相位差；控制器，其作用相位信号输出电压信号；其特征在于：所述电压检测器所有元件固定在同一光轴，从左起依次排列激光器、起偏器、电光晶体、1/4波片、检偏器、相位检测器和控制器。
2.如权利要求1所述的一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器，其特征在于：所述激光器为氦-氖激光器，其输出波长为632.8纳米，功率为350毫瓦。
3.如权利要求1所述的一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器，其特征在于：所述起偏器为全透射型竖直偏振片，方向为竖直向上的x轴方向，作用于通过起偏器入射的激光输出竖直偏振光。
4.如权利要求1所述的一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器，其特征在于：所述电光晶体为ADP晶体，其中电光晶体通光方向和电场方向一致，形成纵向电光强度调制，标准光折射率为1.418，波长为0.546微米，半波电压为9.20Uπ/kV，室温下的电光系数为γ41=28.0X10-12（m/V）和γ63=8.5X10-12（m/V）；所述电光晶体在外加电场的作用下，折射率发生变化，入射光在主轴方向的分量产生相位延迟。
5.如权利要求1所述的一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器，其特征在于：所述1/4波片为一种双折射玻璃薄片，其入射光沿主轴方向的两个分量的位相差增加π/2。
6.如权利要求1所述的一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器，其特征在于：所述检偏器为水平偏振片，偏振方向为水平向外的y轴方向，作用于入射光输出水平偏振光。
7.如权利要求1所述的一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器，其特征在于：所述相位检测器作用于入射激光，输出沿主轴方向两个分量的相位角。
8.如权利要求1所述的一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器，其特征在于：所述控制器包含单片机，显示器和示波器；其中单片机装有***程序和算法，输入示波器的位相差数值，输出电压数值；显示其总用语单片机的译码信号输出数值；示波器响应于位相相位角和光波信号输出相位角值。
9.如权利要求1所述的一种基于纵向电光晶体调制的电压检测器，其特征在于：激光入射方向为z方向，竖直向上方向为x轴，水平向外方向为y轴；电光晶体自身半波电压固定于Uπ；示波器整流滤波获得的位相差为δ；单片机***设定电压值为U，算法获取的公式为U=（δ·Uπ）/π。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110596471A (zh) * 2019-09-18 2019-12-20 重庆大学 一种光学直流强电场测量***及方法
CN112415791A (zh) * 2020-11-18 2021-02-26 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种快速准确选取晶体电光调制最优调制点的方法

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