集成光波导脉冲电场传感器直流漂移控制技术研究

【摘要】：集成光波导电场传感器相比于传统的电场传感器具有宽带宽、高灵敏度、高度集成化和不受电磁环境干扰等独特优势,目前已被广泛应用于脉冲电场测量领域。但在实际应用场景中,传感器与马赫-曾德尔干涉仪电光调制器一样,它的工作点会受到温度、湿度、光照以及应力等因素的影响而发生漂移。因此,给光波导脉冲电场传感器提供一个稳定的相位偏置十分重要。本文分析和研究了集成光波导脉冲电场传感器在实际应用中存在的直流漂移现象和脉冲电场传感信号的特点。采用反馈调谐偏置电压的方案对马赫-曾德尔干涉仪型电光调制器的直流漂移进行了控制。接着,以此为基础设计了扫描激光器工作波长的一维漂移控制系统对光波导一维脉冲电场传感器的直流漂移进行了控制。然后,在一维漂移控制系统的基础上设计了一种基于一维结构的光波导三维脉冲电场传感器漂移控制系统对三维脉冲电场传感器的直流漂移进行了控制。最后,对文中所设计的三种漂移控制系统进行了实验验证和分析讨论。论文主要内容如下:首先,分析了马赫-曾德尔干涉仪型电光调制器、光波导一维和三维脉冲电场传感器的工作原理。同时还分析讨论了集成光波导一维脉冲电场传感器和三维脉冲电场传感器的直流漂移机理。其次,针对马赫-曾德尔干涉仪电光调制器本身具有调制电极和直流偏置电极的特点,研究了采用加微扰信号的方式对其漂移进行控制的方法。采用现场可编程门阵列技术对信号处理模块和控制模块进行设计,通过检测基波峰峰值的方式计算误差信号并反馈调谐电光调制器的偏置电压实现了漂移的自动控制。接着,在此基础上针对光波导一维脉冲电场传感器与电光调制器的不同之处,采用调谐光源波长的方式改变非对称马赫-曾德尔干涉仪结构的光波导两臂的相位差实现了一维脉冲电场传感器的直流漂移控制。最后,为了解决基于光源波长调谐的漂移控制方案中出现的一路固定波长的光无法同时满足三支具有不同漂移特性的光波导电场传感器正常工作的问题,设计了一种基于时分复用的采样型三维电场传感器漂移控制系统。接着,对该系统的结构、工作原理进行了必要的公式推导和仿真分析。在此基础上,还设计了基于一维结构的组合型漂移控制系统实现了对三维脉冲电场传感器的直流漂移控制。