一種y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置和方法，所述裝置包括寬譜光源、環(huán)形器、Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器、偏振分束器、保偏延遲光纖、法拉第旋光反射鏡、信號(hào)發(fā)生器、光電探測(cè)器和示波器；本發(fā)明提供的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置和方法，對(duì)于掌握光纖電流互感器變比溫度誤差的產(chǎn)生機(jī)理及抑制方法，提升光纖電流互感器的溫度環(huán)境適應(yīng)性和長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要意義。
【專利說(shuō)明】一種Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種裝置和方法，具體涉及一種Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器采用鈮酸鋰(LiNbO3)作為基底材料，通過(guò)質(zhì)子交換工藝形成波導(dǎo)，集起偏、分光和相位調(diào)制三大功能于一身，減小了器件的數(shù)量，增強(qiáng)了器件的可靠性，它是數(shù)字閉環(huán)光纖電流互感器實(shí)現(xiàn)高精度、大動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量的核心器件。
[0003]基于法拉第效應(yīng)的數(shù)字閉環(huán)光纖電流互感器利用Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器實(shí)現(xiàn)偏置調(diào)制和反饋控制，結(jié)合數(shù)字鎖相放大技術(shù)，通過(guò)檢測(cè)傳感光纖中兩束旋向相反的正交圓偏振光之間的相位差來(lái)實(shí)現(xiàn)一次電流的測(cè)量，具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、頻響范圍寬、動(dòng)態(tài)范圍大、絕緣簡(jiǎn)單、無(wú)鐵磁諧振、數(shù)字化輸出、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在智能變電站、特高壓交、直流輸電領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。
[0004]測(cè)量準(zhǔn)確度的溫度穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)光纖電流互感器性能的重要指標(biāo)之一，也是目前限制光纖電流互感器大規(guī)模應(yīng)用的主要因素。Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器位于光纖電流互感器數(shù)字閉環(huán)信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的反饋通道，其調(diào)制系數(shù)定義為單位調(diào)制電壓在傳輸光波上附加的調(diào)制相位，它是反饋增益的重要組成部分。環(huán)境溫度變化時(shí)，調(diào)制系數(shù)將發(fā)生變化，互感器的變比也將隨之改變，造成變比誤差，影響互感器的測(cè)量準(zhǔn)確度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置和方法，對(duì)于掌握光纖電流互感器變比溫度誤差的產(chǎn)生機(jī)理及抑制方法，提升光纖電流互感器的溫度環(huán)境適應(yīng)性和長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要意義。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供一種Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置，所述裝置包括寬譜光源、環(huán)形器、Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器、偏振分束器、保偏延遲光纖、法拉第旋光反射鏡、信號(hào)發(fā)生器、光電探測(cè)器和示波器；所述寬譜光源發(fā)出的光波經(jīng)過(guò)環(huán)形器，由Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器起偏，分光為兩束線偏振光，兩束線偏振光分別經(jīng)偏振分束器合光后沿保偏延遲光纖傳輸，經(jīng)法拉第旋光反射鏡反射后沿原路返回；沿原路返回的兩束線偏振光經(jīng)Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器檢偏后發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉光強(qiáng)；所述信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒波調(diào)制信號(hào)傳輸給所述Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器，所述光電探測(cè)器將干涉光強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，由示波器顯示相應(yīng)的波形。
[0008]所述寬譜光源為自帶驅(qū)動(dòng)電路的光源模塊，采用超輻射發(fā)光二極管或摻餌光纖光源。
[0009]所述環(huán)形器為單模光纖環(huán)形器或保偏光纖環(huán)形器。
[0010]所述偏振分束器為保偏光纖偏振分束器，其輸入光纖和輸出尾纖均為熊貓型保偏光纖;
[0011]所述保偏延遲光纖采用熊貓型保偏光纖，長(zhǎng)度大于50m。
[0012]所述法拉第旋光反射鏡的旋光角度為45° ,誤差小于±1°，反射率大于90%;所述光電探測(cè)器采用帶電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的探測(cè)器集成組件。
[0013]經(jīng)過(guò)Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器起偏的線偏振光分光為第一線偏振光和第二線偏振光，所述第一線偏振光和第二線偏振光的偏振方向相同。
[0014]所述第一線偏振光和第二線偏振光經(jīng)偏振分束器合光后沿保偏延遲光纖的快軸和慢軸傳輸，經(jīng)法拉第旋光反射鏡反射后沿原路返回，偏振模式發(fā)生了互換，沿保偏延遲光纖快軸傳輸?shù)牡谝痪€偏振光此時(shí)沿慢軸傳輸，沿保偏延遲光纖慢軸傳輸?shù)牡诙€偏振光此時(shí)沿快軸傳輸；第一線偏振光和第二線偏振光經(jīng)偏振分束器分光再次進(jìn)入Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器檢偏并發(fā)生干涉。
[0015]本發(fā)明還提供一種采用Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置對(duì)Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)進(jìn)行測(cè)量的方法，所述方法包括以下步驟:
[0016]步驟1:計(jì)算Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的調(diào)制電壓；
[0017]步驟2:計(jì)算兩束線偏振光之間的相位差；
[0018]步驟3:計(jì)算光電探測(cè)器的輸出電壓；
[0019]步驟4:確定Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器雙折射調(diào)制系數(shù)。
[0020]所述步驟I中，Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的調(diào)制電壓用Vm(t)表示，有:

【權(quán)利要求】
1.一種Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述裝置包括寬譜光源、環(huán)形器、Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器、偏振分束器、保偏延遲光纖、法拉第旋光反射鏡、信號(hào)發(fā)生器、光電探測(cè)器和示波器；所述寬譜光源發(fā)出的光波經(jīng)過(guò)環(huán)形器，由Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器起偏，分光為兩束線偏振光，兩束線偏振光分別經(jīng)偏振分束器合光后沿保偏延遲光纖傳輸，經(jīng)法拉第旋光反射鏡反射后沿原路返回；沿原路返回的兩束線偏振光經(jīng)Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器檢偏后發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉光強(qiáng)；所述信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒波調(diào)制信號(hào)施加在所述Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器上，所述光電探測(cè)器將干涉光強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，由示波器顯示相應(yīng)的波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述寬譜光源為自帶驅(qū)動(dòng)電路的光源模塊，采用超輻射發(fā)光二極管或摻餌光纖光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述環(huán)形器為單模光纖環(huán)形器或保偏光纖環(huán)形器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述偏振分束器為保偏光纖偏振分束器，其輸入光纖和輸出尾纖均為熊貓型保偏光纖； 所述保偏延遲光纖采用熊貓型保偏光纖，長(zhǎng)度大于50m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述法拉第旋光反射鏡的旋光角度為45° ,誤差小于±1°，反射率大于90% ;所述光電探測(cè)器采用帶電流-電壓轉(zhuǎn)換電路的探測(cè)器集成組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:經(jīng)過(guò)Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器起偏的線偏振光分光為第一線偏振光和第二線偏振光，所述第一線偏振光和第二線偏振光的偏振方向相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述第一線偏振光和第二線偏振光經(jīng)偏振分束器合光后沿保偏延遲光纖的快軸和慢軸傳輸，經(jīng)法拉第旋光反射鏡反射后沿原路返回，偏振模式發(fā)生了互換，沿保偏延遲光纖快軸傳輸?shù)牡谝痪€偏振光此時(shí)沿慢軸傳輸，沿保偏延遲光纖慢軸傳輸?shù)牡诙€偏振光此時(shí)沿快軸傳輸；第一線偏振光和第二線偏振光經(jīng)偏振分束器分光再次進(jìn)入Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器檢偏并發(fā)生干涉。
8.一種采用權(quán)利要求1-7任一所述的Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)測(cè)量裝置對(duì)Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)進(jìn)行測(cè)量的方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟1:計(jì)算Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的調(diào)制電壓； 步驟2:計(jì)算兩束線偏振光之間的相位差； 步驟3:計(jì)算光電探測(cè)器的輸出電壓； 步驟4:確定Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器雙折射調(diào)制系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的對(duì)Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)進(jìn)行測(cè)量的方法，其特征在于:所述步驟I中，Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的調(diào)制電壓用vm(t)表示，有: ,、1^U-LT) kT<t<(k + \)T, Λ vm{t) = \ T V 'V '(I)
[ O ； t = {k + \)T 其中，I和T為鋸齒波的電壓幅度和周期，k = 0，I，2，…。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的對(duì)Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)進(jìn)行測(cè)量的方法，其特征在于:所述步驟2中，第一線偏振光和第二線偏振光之間的相位差用P表示，有:
? (τ Λ

<pr--1； kT < t < kT + τ v = K-\Vm{t)-Vm{t-r)\ = \ J(2)

(D ψ ；kT + r < / < (Zr +1) Γ 其中，K為Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的雙折射調(diào)制系數(shù)，τ為光波往返兩次經(jīng)過(guò)Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的時(shí)間差，Vffl(t)和Vm(t_ τ )分別為t和t_ τ時(shí)刻的調(diào)制電壓，Vr為 ' 產(chǎn)生的雙折射調(diào)制相位，且Ψ, = KK ο
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的對(duì)Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)進(jìn)行測(cè)量的方法，其特征在于:所述步驟3中，光電探測(cè)器的輸出電壓用Vp表示，有:ηα--χ-οο?φ,,^-φ,.1 ；kT <t<kT + r V - ηα?.(1-cose?) = <(3

ηαΙχ ? 1-cos φτ — ;kT + r < / < (^ +1) T
、'VTJ 其中，η為光電探測(cè)器響應(yīng)度與跨阻抗的乘積，α為光路損耗，Ix為光源輸出光波中X偏振分量的光強(qiáng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的對(duì)Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器調(diào)制系數(shù)進(jìn)行測(cè)量的方法，其特征在于:所述步驟4包括以下步驟: 步驟4-1:計(jì)算光電探測(cè)器輸出的方波信號(hào)的幅度e = O時(shí)，滿足式(4)的死最小正數(shù)解，有:
( τ\ \ ? τ Al ηαΙχ I — cos φ:.— —ηα!ν -1 - cos φ..---φν ^ O(4)
'VT J { V T Jj 滿足式⑷的最小正數(shù)解灼=2χ，對(duì)應(yīng)的t = ν2π，ν2π SY波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的全波電壓； 步驟4-2:計(jì)算Y波導(dǎo)集成光學(xué)相位調(diào)制器的雙折射調(diào)制系數(shù)K，有:K=^ = -(S)
K ν2π
【文檔編號(hào)】G01M11/02GK104132798SQ201410359541
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】李傳生, 張朝陽(yáng), 孫海江, 崔虎寶, 舒開(kāi)旗, 李俊 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院, 國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院