[发明专利]一种静态工作点温度稳定的共路干涉电场传感器

说明书

本发明涉及一种静态工作点温度稳定的共路干涉电场传感器，属于光学电场测量技术领域。所述传感器包括铌酸锂晶体、钛扩散铌酸锂波导、电极和天线，以所述钛扩散铌酸锂波导的传播方向为z轴，将二氧化钛作为磁控溅射靶，在所述钛扩散铌酸锂波导的上表面进行磁控溅射，磁控溅射的压强为2.5～5毫托，磁控溅射时间为2～16.5小时，在钛扩散铌酸锂波导的上表面得到二氧化钛薄膜。本发明所述传感器，在铌酸锂波导上镀了一层二氧化钛薄膜，在不影响已有传感器原有测量灵敏度和准确性的基础上，对铌酸锂波导的正温度系数进行了补偿，从而大大提升了传感器静态工作点的温度稳定性。

技术领域

本发明涉及一种静态工作点温度稳定的共路干涉电场传感器，尤其涉及一种基于电光效应的共路干涉结构的光学电场传感器，属于光学电场测量技术领域。

背景技术

电场测量在众多科学技术领域，尤其是在电力和核工业等领域具有重要作用。科技的发展对电场测量的准确性要求也越来越高。

基于光电效应的光学电场传感器利用光纤传输信号，有优良的绝缘性能和抗干扰能力，体积小且测量频带宽，具有很大的应用前景。铌酸锂由于具有优良电光性质且在可见光和近红外波段有良好的透过率，被广泛应用为光学电场传感器的制作材料。

由于用于电场测量的传感器经常有进行室外测量或长期测量的需求，所以温度是影响传感器测量准确性的一个关键因素。但铌酸锂晶体是热释电晶体，外界温度的变化会改变铌酸锂晶体的折射率，造成铌酸锂传感器静态工作点的漂移，使静态工作点偏离电场的线性测量范围，使测量结果不准。所以，如何制作静态工作点不受温度影响的光学电场传感器非常重要。

在大部分钛扩散铌酸锂波导的使用中，采用的铌酸锂切向为x方向切割y方向传光或z方向切割y方向传光，理论研究表明，该切向的波导，其中传播的TE模式和TM模式的光，可看做o光、e光。o光、e光的折射率n_o和n_e热光系数(TOC)相差极大，n_o随温度变化为1.9×10^-6/℃，n_e随温度的变化为17.1×10^-6/℃，这样会对传感器的温度稳定性造成极大的影响。

本申请人曾经提出了发明名称为“光电集成三维电场传感器系统”、专利号为ZL201110123298.1的发明专利，如图1所示，在铌酸锂(LiNbO₃)晶体X方向切割Z方向传光的基片1上通过钛(Ti)扩散制作了共路干涉类型的光波导2，在光波导2附近制作偶极子天线4和电极3。偶极子天线4感应外部电场，作用在电极3上，使电极3之间产生强电场，传感器的半波电场可降低到1000kV/m，但是该专利只是提高了传感器的灵敏度，当用该传感器进行温度稳定性试验时，传感器的静态工作点随温度变化较大，为0.1°/℃/mm。

发明内容

本发明的目的是提供一种静态工作点温度稳定的共路干涉电场传感器，对已有的电场传感器的结构作出改进，利用磁控溅射方法，在传感器的钛扩散铌酸锂晶体表面，磁控溅射得到二氧化钛(TiO₂)薄膜，以解决目前共路干涉电场传感器的静态工作点温度稳定性差的问题。

为解决上述问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的；

一种静态工作点温度稳定的共路干涉电场传感器，包括铌酸锂晶体、钛扩散铌酸锂波导、电极和天线；其中，所述钛扩散铌酸锂波导是在铌酸锂晶体的上表面通过钛扩散形成的，在所述钛扩散铌酸锂波导的表面两侧分别对称设置有电极和天线，其中所述电极平行于所述钛扩散铌酸锂波导设置，所述天线垂直于所述钛扩散铌酸锂波导设置；在所述钛扩散铌酸锂波导的上表面覆盖有一层二氧化钛薄膜。

进一步的，在所述钛扩散铌酸锂波导的上表面进行磁控溅射得到所述二氧化钛薄膜。

进一步的，磁控溅射的压强为2.5～5毫托，磁控溅射时间为2～16.5小时，在钛扩散铌酸锂波导的上表面得到所述二氧化钛薄膜。