一種具有集成化光路的全光纖電流互感器及其制作工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電流互感器技術領域，特別是一種新型的具有模塊化、集成化光路的全光纖電流互感器及其制作工藝。
【背景技術】
[0002]電流互感器在電網中起著精確快速測量電流的作用，是智能電網的核心設備，基于法拉第磁光效應的全光纖電流互感器能夠對高壓電流實現非介入式傳感測量，是高壓電子式電流互感器的主要發(fā)展方向。目前國內主流的全光纖電流互感器(FOCT)的光路使用了相互分離且均具有獨立封裝外殼的光源、分束器、起偏器、直波導(或Y波導)、光電探測器等光學器件組成，典型的直波導設計方案如圖1a所示，光源101發(fā)出的光經過分束器102，進入起偏器103進行起偏，產生高偏振度的線偏振光，與直波導104進行45°熔接后，分裂成偏振方向互相垂直的兩列光波，受到直波導104的閉環(huán)相位調制，通過光纖延遲環(huán)105、傳輸光纜進入敏感環(huán)106中，在敏感環(huán)106中產生法拉第磁光效應后再經反射鏡107反射回來，沿原光路返回至分束器102的另一端最終在光電探測器108處進行光電轉換完成信號檢測。圖1b則是采用Y波導的設計方案，Y波導110和保偏分束器111替代起偏器103和直波導104，基本原理與直波導方案是相通的，不詳述。鑒于光學器件廠家稀少，且各自僅能研制、生產部分器件，光纖電流互感器制造廠目前都是用分離的光學器件來組建所需要的光路，各光學器件之間采用尾纖熔接的方式，如圖1a和圖1b中，黑色圓點表示各器件之間的尾纖熔接點109，在光纖延遲環(huán)105之前的光路部分就至少需要5、6個熔接點。
[0003]熔接點過多對光路的性能具有諸多不利的影響，主要表現為以下幾點:
[0004]1、增大了光路中的偏振串擾，降低了光路的信噪比。根據光纖光學理論和全光纖電流互感器的光路設計知識，光路中的每一個熔接點都是一個不可忽視的偏振串擾點，遠比光纖彎折帶來的偏振串擾點的影響大得多。所以，在其光路設計和生產時，對每個熔接點的熔接角度都會提出明確的要求，但由于用光纖熔接機熔接光纖時并不可能絕對地精確控制熔接角度，導致熔接角度與設計值存在偏差，因而引入了一定幅度的偏振串擾。很顯然，熔接點越多，光路中引入偏振串擾的幾率就越大，幅度也越大。故高性能的光路一般要求熔接點越少越好。
[0005]2、增加了光路裝配的工藝復雜性和可靠性。由于外形尺寸要求，全光纖電流互感器給光路預留的安裝位置通常不會太多，這就要求光路裝配比較緊湊、充分利用空間。但是一套光路中不僅有4、5種光學器件、5、6個熔接點，還有10余米長左右的器件尾纖，部分光學器件還需要焊接電氣導線，不管如何設計、布局，整個光路的裝配工藝都會顯得非常復雜、繁瑣，同時這些工序均無法用機器只能靠人工完成，其長期可靠性也是非常令人擔憂的。
[0006]3、增加了光纖熔接機的使用頻率，增加了生產成本，降低了產能。顯而易見，熔接點越多，使用光纖熔接機的次數則越多，而光纖熔接機一般都是非常昂貴的設備，每個光纖電流互感器制造廠通常也不會購置太多，頻繁地使用光纖熔接機，會降低其壽命，延長工序時間，降低了全光纖電流互感器的產能。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明針對現有的全光纖電流互感器的光路設計方案中熔接點過多、信噪比低、工藝復雜、可靠性差以及生產成本高等問題，提供一種新型的全光纖電流互感器的制作工藝，實現全光纖電流互感器的模塊化、集成化光路設計，具備信噪比高、體積小、安裝簡易、生產成本低的優(yōu)點。本發(fā)明還涉及一種具有集成化光路的全光纖電流互感器。
[0008]本發(fā)明的技術方案如下:
[0009]—種全光纖電流互感器的制作工藝，其特征在于，包括光電光路集成工藝和調制光路集成工藝，
[0010]所述光電光路集成工藝，在一基底上，先制作出均無封裝外殼的具有光源電氣引線的光源芯片以及具有光電探測器電氣引線的光電探測器芯片，再將分光棱鏡安裝在光源芯片輸出光以及光電探測器芯片輸入光的交匯處，并在分光棱鏡的三個端面上均粘貼準直器以便對光進行聚焦和親合，光源芯片的輸出光學端面、光電探測器芯片的輸入光學端面分別與其各自對應的準直器之間形成空間光路；
[0011]所述調制光路集成工藝，在與光電光路集成工藝相同或不同的基底上進行對包括無封裝外殼并具有波導電氣引線的相位調制器的調制光路的集成；
[0012]當兩集成工藝在不同基底時，所述光電光路集成工藝最后用一段光纖與分光棱鏡的端面貼合的第三只準直器進行對準、固定，以作為光電光路的輸出尾纖；所述調制光路集成工藝是在制作出均無封裝外殼并具有波導電氣引線的調制光路的各組件后，通過與相位調制器的光學端面按特定角度進行對準、固定的技術進行調制光路的各組件的連接，且集成的調制光路留有輸入尾纖和輸出尾纖；對集成的光電光路和調制光路分別進行封裝，再將光電光路的輸出尾纖與調制光路的輸入尾纖按0°熔接；
[0013]當兩集成工藝在相同基底時，在分光棱鏡的端面貼合的第三只準直器輸出光軸方向設置無封裝外殼的調制光路的組件以形成空間光路，通過與相位調制器的輸入光學端面對準、固定后依次進行調制光路的各組件的連接，并在兩集成工藝完成后將光電光路和調制光路一起進行整體封裝。
[0014]當調制光路中的相位調制器為直波導芯片且兩集成工藝在不同基底時，所述調制光路集成工藝的步驟為:
[0015]先在另一基底上制作出均無封裝外殼的起偏器芯片和直波導芯片，并使二者光軸在一條直線上且偏振主軸平行，所述直波導芯片具有直波導電氣引線；再用一段光纖與起偏器芯片的輸入光學端面進行對準、固定，作為調制光路的輸入尾纖；然后用第一段保偏光纖一端按照45°與起偏器芯片的輸出光學端面對準、固定，再將所述第一段保偏光纖另一端與直波導芯片的輸入光學端面按0°進行對準、固定；最后再用第二段保偏光纖與直波導芯片的輸出光學端面進行對準、固定，作為調制光路的輸出尾纖。
[0016]當調制光路中的相位調制器為直波導芯片且兩集成工藝在不同基底時，所述調制光路集成工藝的步驟為:
[0017]先在另一基底上制作出均無封裝外殼的起偏器芯片和直波導芯片，并使二者光軸在一條直線上且偏振主軸45°，所述直波導芯片具有直波導電氣引線；再用一段光纖與起偏器芯片的輸入光學端面進行對準、固定，作為調制光路的輸入尾纖；然后在起偏器芯片和直波導芯片之間安裝第四只準直器并使第四只準直器的光軸與二者光軸重合，第四只準直器與起偏器芯片、直波導芯片之間形成空間光路；最后再用一段保偏光纖與直波導芯片輸出光學端面進行對準、固定，作為調制光路的輸出尾纖。
[0018]當調制光路中的相位調制器為Y波導芯片且兩集成工藝在不同基底時，所述調制光路集成工藝的步驟為:
[0019]先在另一基底上制作無封裝外殼并具有Y波導電氣引線的Y波導芯片，再用一段光纖與Y波導芯片的輸入光學端面進行對準、固定作為調制光路的輸入尾纖；然后用第三段和第四段保偏光纖分別按照0°、90°與Y波導芯片的兩個輸出光學端面對準、固定作為Y波導芯片的兩根輸出尾纖；最后將所述兩根輸出尾纖進行熔融、拉絲、耦合制作成分光器，并留出其中一根尾纖作為調制光路的輸出尾纖。
[0020]當調制光路中的相位調制器為直波導芯片且兩集成工藝在相同基底時，所述調制光路集成工藝的步驟為:
[0021]在所述分光棱鏡的端面貼合的第三只準直器輸出光軸方向設置制作均無封裝外殼的起偏器芯片和直波導芯片以形成空間光路，并使起偏器芯片和直波導芯片的光軸在一條直線上且偏振主軸45°，所述直波導芯片具有直波導電氣引線；然后在起偏器芯片和直波導芯片之間安裝第四只準直器并使第四只準直器的光軸與二者光軸重合，第四只準直器與起偏器芯片、直波導芯片之間形成空間光路；最后再用一段保偏光纖與直波導芯片輸出光學端面進行對準、固定，作為調制光路的輸出尾纖。
[0022]—種具有集成化光路的全光纖電流互