基于电光效应的脉冲电磁场测量技术研究

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1、基于电光效应的脉冲电磁场测量技术研究(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：工程物理系学科：核科学与技术研究生：武俊杰指导教师：王群书教授二○一七年十一月ResearchonthePulsedElectromagneticMeasurementtechnologybasedonthelinearelectro-opticeffectsDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofM

2、asterofPhilosophyinNuclearScienceandTechnologybyWuJunjieDissertationSupervisor:ProfessorWangQunshuNovember,2017摘要摘要基于电光效应的脉冲电磁场测量技术具有全电介质结构、频带宽、体积小、抗电磁干扰能力强等明显的优势，可以对复杂环境中或有限空间内的脉冲电磁场进行无扰动、高保真的测量，本文介绍了电光测量系统的各分系统的相关技术，实验研究了分立器件型电光测量系统，最终研制了带有微型传感探头的全光纤化的电光测量系统，

3、并在三种典型的信号场下进行了实验验证。首先采用折射率椭球法直观的介绍了线性电光效应的基本原理，同时也是电光调制的物理基础，继而分析了电光材料的特性，总结了电光材料选择的五个性能指标要求，提供了电光材料选择时的评判标准；介绍了测量系统的构成，针对光源部分、光信号传输部分、光信号调制部分、光信号检测部分分别介绍了相关的光纤、偏振器件、自聚焦透镜、光电探测器等基础型器件技术，讨论了测量系统设计时需要考虑的系统带宽、工作点设定、可测量场强范围、电磁干扰的屏蔽等因素。为了验证电光材料的特性，介绍了泡克尔斯单元的偏振调制实验，准

4、确测量了泡克尔斯单元的半波电压；采用递进的方式分别进行了分立器件型电光测量技术研究以及U-bench型电光测量技术研究，其中，U-bench测量单元为自制测量单元，系统中采用自制的带熊猫型保偏光纤的激光光源，实验结果表明，该U-bench测量单元可以测量狭小空间内的电场，环境适应性强，信号光损耗小，获得的测量结果的分辨率好。总结了微型传感探头的设计制作需要考虑的因素，将其作为核心元件，建立了全光纤化的电光测量系统，对于平板电场（MV/m-秒级）、脉冲高压电场（30kV/m-100ns）以及波导内的电场(1.6GHz-

5、50V/m)三种典型的应用场景进行了实际的测量，均获得了很好的测量结果，并与各自的理论分析计算结果以及国外的相关实验结果相吻合。有效的证实了该微型传感探头以及全光纤化的电光测量系统在平板电场、脉冲高压电场以及波导内的电场三种应用场景中的有效性。关键词：脉冲电磁场测量；泡克尔斯效应；电光测量；U-bench；全光纤化IAbstractAbstractInfielddetectionapplications,thereareseveraladvantagesoftheEOsensoroverconventionalmea

6、surementtechniques.Forexample,thesensorwhichisall-dielectricwillnotperturbthefieldthatitmeasures.Theopticalsensoriscompactinsizesothatitwillbesmallenoughtobeputinmostenvironments.Thelinearelectro-opticaleffect,whichwasthephysicalbasisoftheelectro-opticalmeasure

7、mentsystem,wasintroducedwithrefractiveindexellipsoid.Researchonthepulsedelectromagneticmeasurementbasedonthepockelseffectswasintroduced;bothelectro-opticaleffectandelectro-opticalmaterialwereintroduced,fivetypicalcharacteristicsoftheelectro-opticalmaterialwerei

8、ntroducedsothatwecouldgrasphowtochoosetheelectro-opticalmaterialandhowtoevaluatethepropertyoftheelectro-opticalmaterial.Theconstitutionsoftheelectro-opticalmeasurementsystem