公开了一种反射式光学电场传感器，传感器中，激光器发出光束；环形器包括A端口、B端口和C端口，A端口经由光纤连接激光器以接收光束；反射式探头经由单模偏振光纤连接B端口，光纤准直器接收来自单模偏振光纤的线波片光轴方向与光纤准直器成45°以基于线的椭圆偏振光，电光晶体基于椭圆偏振光引入相移，光子晶体薄膜镀于电光晶体远离B端口的一侧，光束在光子晶体薄膜处由于光子带隙效应发生全反射，反射光束沿入射时的路径传播，反射光束通过光纤准直器进入单模偏振光纤，在单模偏振光纤中反射
环形器，其包括A端口、B端口和C端口，所述A端口经由光纤连接所述激光器以接收所述
光纤准直器，其接收来自单模偏振光纤的线波片，其光轴方向与所述光纤准直器成45°以基于所述线的
光子晶体薄膜，其镀于所述电光晶体远离B端口的一侧，光束在光子晶体薄膜处由于光
子带隙效应发生全反射，反射光束沿入射时的路径传播且反射光束传播出电光晶体时产生
反射光束通过光纤准直器进入单模偏振光纤，在单模偏振光纤中反射光束的偏振态由椭圆
2.根据权利要求1所述的反射式光学电场传感器，其特征在于，优选的，所述电光晶体
3.根据权利要求1所述的反射式光学电场传感器，其特征在于，所述电光晶体为110切
4.根据权利要求1所述的反射式光学电场传感器，其特征在于，所述电光晶体为001切
5.根据权利要求1所述的反射式光学电场传感器，其特征在于，激光器发射的激光以0°
角入射至Pockels晶体上的光子晶体薄膜后，由于光子带隙效应以0°反射角发生全反射，反
射光沿入射光路反向传播，反射光依次经过Pockels晶体和1/8波片，进入准直器。
6.根据权利要求1所述的反射式光学电场传感器，其特征在于，通过六维调节台调整光
7.根据权利要求1所述的反射式光学电场传感器，其特征在于，所述光纤准直器与1/8
8.根据权利要求1所述的反射式光学电场传感器，其特征在于，调整电光晶体光轴方向
9.根据权利要求1所述的反射式光学电场传感器，其特征在于，所述光纤为单模光纤。
[0001]本发明属于电场测量技术领域，特别是一种反射式光学电场传感器。
[0002]电场测量是电气工程领域中一项基础而重要的内容。例如长间隙放电研究、输电
线路附近电磁环境监测、高压设备附近电场分布测量等，都对电场测量技术提出了要求。随
着特高压工程以及电气科学的发展，工程应用和科学研究等方面都对高性能的电场传感技
[0003]目前常用的电磁式电场传感器由于内部含大量金属件，会对外部电场环境产生严
重畸变，已难以满足不断提高的电场测量需求。基于Pockels效应的光学电场传感器可以实
现全电介质结构，对环境电场的畸变程度远小于电磁式传感器的，并且还具有动态范围大、
[0004]但对于Pockels效应光学电场传感器而言，特别是拼装型传感器而言，还存在体积
[0005]在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能
[0006]针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种反射式光学电场传感器，显著缩小
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种反射式光学电场传感器包括：
[0009]环形器，其包括A端口、B端口和C端口，所述A端口经由光纤连接所述激光器以接收
[0010]反射式探头，其经由单模偏振光纤连接所述B端口，所述反射式探头包括，
[0011]光纤准直器，其接收来自单模偏振光纤的线波片，其光轴方向与所述光纤准直器成45°以基于所述线偏振光生成相移为π/
[0014]光子晶体薄膜，其镀于所述电光晶体远离B端口的一侧，光束在光子晶体薄膜处由
于光子带隙效应发生全反射，反射光束沿入射时的路径传播且反射光束传播出电光晶体时
的偏振态由椭圆偏振转变为线]探测器，其经由光纤连接所述C端口以接收并测量反射光束。
[0016]所述的反射式光学电场传感器中，所述电光晶体为Pockels晶体。
[0017]所述的反射式光学电场传感器中，所述电光晶体为110切BGO晶体，其轴方向为‑
[0018]所述的反射式光学电场传感器中，所述电光晶体为001切LN晶体，其轴方向为100
[0019]所述的反射式光学电场传感器中，激光器发射的激光以0°角入射至Pockels晶体
上的光子晶体薄膜后，由于光子带隙效应以0°反射角发生全反射，反射光沿入射光路反向
[0020]所述的反射式光学电场传感器中，通过六维调节台调整光纤准直器出射光偏振方
[0021]所述的反射式光学电场传感器中，所述光纤准直器与1/8波片经由紫外光胶固定。
[0022]所述的反射式光学电场传感器中，调整电光晶体光轴方向与准直器方向对准并用
[0024]和现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明所述的反射式光学电场传感器显
著减小传感器的体积。相比现有贯通式或其他反射式传感器而言，本传感器的体积减小了
一半以上，集成度高；具有简化的探头结构，且不存在偏振串扰问题，提升了传感器的可靠
性和稳定性；反射式结构具有更高的测量灵敏度，在使用相同尺寸电光晶体的前提下，测量
[0025]通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处
对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，
而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得
[0027]图1是根据本发明一个实施例的反射式光学电场传感器的结构示意图；
[0028]图2是根据本发明一个实施例的反射式光学电场传感器的探头的结构示意图；
[0029]图3是根据本发明一个实施例的反射式光学电场传感器的探头原理示意图；
[0030]图4是根据本发明一个实施例的反射式光学电场传感器的标定曲线]以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
[0032]下面将参照附图1至图4更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本
发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施
例限制。相反，提供这些实施三亿体育科技股份有限公司例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围
[0033]需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领
域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利
要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准
则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释
成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说
明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要
[0034]为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解
[0035]为了更好地理解，如图1至图4所示，反射式光学电场传感器包括：激光器，其发出
[0036]环形器，其包括A端口、B端口和C端口，所述A端口经由光纤连接所述激光器以接收
[0037]反射式探头，其经由单模偏振光纤连接所述B端口，所述反射式探头包括，
[0038]光纤准直器，其接收来自单模偏振光纤的线波片，其光轴方向与所述光纤准直器成45°以基于所述线偏振光生成相移为π/
[0041]光子晶体薄膜，其镀于所述电光晶体远离B端口的一侧，光子带隙效应光束在光子
晶体薄膜处发生全反射，反射光束沿入射时的路径传播且反射光束传播出电光晶体时产生
反射光束通过光纤准直器进入单模偏振光纤后，反射光束的偏振态由椭圆偏振转变为线]探测器，其经由光纤连接所述C端口以接收并测量反射光束。
[0043]所述的反射式光学电场传感器的优选实施例中，所述电光晶体为Pockels晶体。
[0044]所述的反射式光学电场传感器的优选实施例中，所述电光晶体为110切BGO晶体，
[0045]所述的反射式光学电场传感器的优选实施例中，所述电光晶体为001切LN晶体，其
[0046]所述的反射式光学电场传感器的优选实施例中，激光器发射的激光以0°角入射至
Pockels晶体上的光子晶体薄膜后，以0°反射角发生全反射，反射光沿入射光路反向传播，
[0047]所述的反射式光学电场传感器的优选实施例中，通过六维调节台调整光纤准直器
[0048]所述的反射式光学电场传感器的优选实施例中，所述光纤准直器与1/8波片经由
[0049]所述的反射式光学电场传感器的优选实施例中，调整电光晶体光轴方向与准直器
[0050]所述的反射式光学电场传感器的优选实施例中，所述光纤为单模光纤。
[0051]在一个实施例中，高集成度的反射式光学电场传感器包括激光器、探测器、光纤环
形器、单模偏振光纤、光纤准直器、1/8波片、镀有光子晶体薄膜的Pockels晶体。传感器的探
头部分仅由三个光学器件组成，分别是光纤准直器、1/8波片和镀有光子晶体薄膜的
Pockels晶体。其中1/8波片的光轴与激光的线°角，Pockels晶体的轴方向与
晶体的类型和切向有关，例如110切BGO晶体的轴方向为‑110轴，001切LN晶体的轴方向为
100轴等等。在检测确定三个光学器件的方向符合要求后，依次由紫外光胶完成固定。从光
纤准直器输入的线波片和Pockels晶体，激光以0°角入射至Pockels
晶体上的光子晶体薄膜后，以0°反射角发生全反射，反射光沿入射光路反向传播，反射光依
[0052]在一个实施例中，传感器的光传输部分包括激光器、光纤环形器和单模偏振光纤。
激光器发出的线偏振激光从光纤环形器的A端输入，从B端口输出至单模偏振光纤，单模偏
振光纤仅可通过一个偏振方向的光，从而使其中传播的光始终为单方向的线偏振光，实现
光束的起偏，线偏振光由单模偏振光纤传输至探头部分。探头部分的反射光在单模偏振光
纤中传播时，正交偏振方向的光被抑制，实现光束的检偏，传输至环形器的B端口，并从C端
口输出至探测器。特别的，传感器的探头部分仅由三个光学器件组成，较现有拼装式传感器
少了2～3件光学器件，并且光学器件间完全由紫外光胶进行固定，无固定装置。以上技术显
著缩小了传感器的体积，在采用相同尺寸光学器件的情况下，本传感器的体积相较于其他
传感器缩小了一半以上，并且简化的探头结构提高了可靠性。特别的，采用光子晶体薄膜实
现探头中光束的0°全反射，显著减小了反射机构的体积。采用单模偏振光纤实现光束的起
偏和检偏功能，一方面替代了探头中的偏振片或偏振棱镜，减小了探头部分的体积，另一方
面，单模偏振光纤不存在以往保偏光纤的偏振串扰问题，避免了热应力引起保偏光纤中光
[0053]在一个实施例中，如图1所示，激光器通过单模光纤接入环形器的A端口，环形器的
B端口与单模偏振光纤连接，单模偏振光纤与高集成度反射式探头连接，探测器通过单模光
[0054]参见图2，展示了高集成度反射式探头的实例结构。实例中探头包括光纤准直器、
1/8波片和电光晶体，其中电光晶体一侧端面镀有光子晶体薄膜。探头的固定方式为：检测
光纤准直器出射的线偏振光的偏振方向，通过六维调节台调整光纤准直器出射光偏振方向
与1/8波片光轴方向成45°，保持准直器与1/8波片位置并用紫外光胶固定。调整电光晶体光
轴方向与准直器方向对准并用紫外光胶固定。激光器发出的光束通过单模光纤传输至环形
器的A端口，并从环形器的B端口传输至单模偏振光纤。单模偏振光纤是一种特殊光纤，其特
点是有且只有一种偏振方向的光可以在光纤中传播，而其它偏振方向的光则会经历很高的
损耗。这使得光束通过单模偏振光纤后会成为具备特定偏振方向的线偏振光，相当于实现
了对光束的起偏功能。从单模偏振光纤输出的光纤与高集成度反射式探头中的准直器连
[0055]参见图3，展示了探头中光束传播的原理图。由于单模偏振光纤的起偏功能，从准
偏振光传播到电光晶体中，会由Pockels效应引入与电场强度成比例关系的相移光
束传播至光子晶体薄膜时，由于光子带隙效应光束在薄膜处发生全反射，反射光束沿入射
时的路径传播，反射光束传播出电光晶体时产生两倍的相移反射光束通过1/8波
纤后，由于单模偏振光纤的单向偏振特性，反射光的偏振态由椭圆偏振转变为线偏振，实现
至环形器的B端口，并从C端口输出到探测器，转变为与光强成比例的电信号，实现对电场的
测量。相较于传统贯通式的传感器，在使用相同尺寸电光晶体的前提下，本实例中传感器的
[0056]参见图4，展示了高集成度反射式电场传感器的实测标定曲线图。可以看到，实测
数据的线性度高，与本实例结构及参数下的计算结果吻合较好，灵敏度显著高于贯通式传
[0057]尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的
具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性
的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围
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