電磁場的集成光波導(dǎo)探測技術(shù).pdf

1、隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，集成光波導(dǎo)電磁場傳感器引起了越來越廣泛的關(guān)注。因其體積小，帶寬寬，抗電磁干擾等優(yōu)勢，因此在相關(guān)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，特別是在電磁兼容技術(shù)方向。本文基于集成光學(xué)的基本原理，使用鈮酸鋰作為材料，采用非對稱MZI波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)制作反射式集成光波導(dǎo)電磁場傳感器，并對其進(jìn)行測試、校準(zhǔn)。主要工作如下：
　　（一）本文首先介紹基于鈮酸鋰電光效應(yīng)的MZI型集成電光強(qiáng)度調(diào)制器和集成光波導(dǎo)電磁場傳感器的原理。傳感器的線性工

2、作點(diǎn)的穩(wěn)定對傳感器的各性能指標(biāo)起到關(guān)鍵作用，本文采用波長調(diào)諧的方式對工作點(diǎn)進(jìn)行控制，減小傳感器的工作點(diǎn)的漂移。
　?。ǘ┰O(shè)計(jì)器件電極結(jié)構(gòu)。反射式集成光波導(dǎo)電場傳感器采用錐形偶極子電極結(jié)構(gòu)，以求擴(kuò)大帶寬，改變結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行數(shù)值仿真，由仿真結(jié)果得到最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)。反射式集成光波導(dǎo)磁場傳感器則采用雙負(fù)載環(huán)形天線結(jié)構(gòu)，同樣通過仿真結(jié)果分析獲得最佳結(jié)構(gòu)尺寸，兩種傳感器都是基于MZI結(jié)構(gòu)。
　?。ㄈ┍疚脑O(shè)計(jì)反射式非對稱MZI集成光波導(dǎo)電

3、磁場傳感器，單光路傳輸，利用保偏環(huán)形器來連接激光光源，分路器和反射式波導(dǎo)傳感器，結(jié)構(gòu)更加緊湊，探頭體積減小，更易于裝配使用。
　?。ㄋ模鞲袦y量系統(tǒng)集成化，對電磁場傳感器進(jìn)行性能測試實(shí)驗(yàn)。由于EDFA的增益放大特性，因此本論文采用 EDFA來作為光探測器的前置放大器，以求增大器件信噪比，提高傳感器的靈敏度。
　　基于仿真結(jié)果設(shè)計(jì)反射式非對稱MZI型集成光波導(dǎo)電場傳感器，搭建電場傳感系統(tǒng)，對傳感器的頻率響應(yīng)和線性動(dòng)態(tài)等進(jìn)行測

4、試。將制作完成好的集成光波導(dǎo)電場傳感器放置在TEM cell內(nèi)，在250 kHz～400 MHz范圍內(nèi)的進(jìn)行頻率響應(yīng)測試，保持TEM cell內(nèi)電場強(qiáng)度為11.2 V/m不變，測試結(jié)果表明電場傳感器的頻率響應(yīng)較為平坦。接著在0.044 V/m～7.9 V/m范圍內(nèi)，對電場傳感器線的性動(dòng)態(tài)進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)，此時(shí)頻率f=100MHz，由測試結(jié)果可知傳感器的線性動(dòng)態(tài)效果較好。接著搭建高斯脈沖發(fā)生裝置，用電場傳感器探測高斯脈沖信號，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明電場

5、傳感器能夠較準(zhǔn)確地還原被測電場信號。
　　基于仿真結(jié)果設(shè)計(jì)反射式非對稱MZI型集成光波導(dǎo)磁場傳感器，并對磁場傳感器的頻率響應(yīng)和線性動(dòng)態(tài)等進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)。保持TEM cell內(nèi)磁場強(qiáng)度為0.03 A/m不變，在30 MHz～400 MHz范圍內(nèi)，對器件的頻率響應(yīng)進(jìn)行測試，由實(shí)驗(yàn)可知其頻率響應(yīng)較為平坦。接著在0.003 A/m～0.02 A/m范圍內(nèi)，對磁場傳感器進(jìn)行線性動(dòng)態(tài)測試實(shí)驗(yàn)，此時(shí)頻率f=200 MHz，由測試結(jié)果可知，磁場傳感

6、器的線性動(dòng)態(tài)效果較好。
　　當(dāng)傳感系統(tǒng)的信噪比為3 dB時(shí)，高量程反射式集成光波導(dǎo)電場傳感器的最小可探測電場強(qiáng)度為0.35 V/m，低量程反射式集成光波導(dǎo)電場傳感器的最小可探測電場強(qiáng)度為0.044 V/m。高量程反射式集成光波導(dǎo)電場傳感器的最小可探測脈沖場強(qiáng)度為6 KV/m，低量程反射式集成光波導(dǎo)電場傳感器的最小可探測脈沖場強(qiáng)度為0.35 KV/m。低量程反射式集成光波導(dǎo)磁場傳感器的最小可探測磁場強(qiáng)度為0.003 A/m，高量程反