[发明专利]一种基于聚合物光波导电流互感器芯片

说明书

本发明是一种基于聚合物光波导电流互感器芯片，其特点是，包括电流传感器、积分电路、聚合物光波导电光调制器、光电探测器、信号处理芯片、光起偏器、光栅耦合器和激光光源，电流传感器接收到的电流信号通过积分器转换成电压信号，将得到的输出电压信号加到集成光波导电光调制器的电极上；激光光源产生的光信号通过光栅耦合器耦合到光起偏器，光起偏器产生偏振光；聚合物光波导电光调制器将电信号加载在光起偏器的偏振光上，再由光电探测器将加载在偏振光上的光信号转换为电信号，最后通过信号处理芯片对电信号进行处理。具有结构简单，易于加工，性能优良，稳定性更好，集成度高，体积小，重量轻，适于大量生产，价格低廉等优点。

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，是一种基于聚合物光波导电流互感器芯片。

背景技术

目前电网中最常用的电流信号监测传感器是基于线圈绕组式变压器原理的电流互感器（CT）。这种传统电流互感器存在较大的局限性：1）体积较大，难以安装到空间有限的输、配电线路上；2）制备成本较高，耗费大量金属资源，大规模使用不够经济；3）功能单一，仅适用于工频交流信号，对于直流、暂态以及高次谐波等信号，均无法量测。

随着光纤的出现和技术的发展，出现了不受电磁干扰，并且价格低的光纤式光学电流互感器，它解决了传统电磁式电流传感器难以解决的一系列问题。大部分光纤电流互感器都是利用法拉第（Farady）晶体对外加电场的压电效应或电致伸缩效应改变光纤长度或应力，从而间接敏感电压，但是Farady晶体特性受温度变化影响，从而导致传感器性能受到气候影响，给测量系统带来一定的误差，并且目前光纤传感器都是基于独立光学器件形成的系统，在稳定性、灵敏度等方面都有不足。

与本发明最接近的对比文件是，中国发明申请公布号CN 102449491A，公开了申请人：韩国釜山大学产学协力团，名称为：“聚合物光波导电流传感器”发明专利申请，但是，这种传感器基于热光效应聚合物光波导调制器，速度慢，并且需要集成偏振器、光耦合器、相位调制器、线偏振变换器、园偏振变换器、相位延迟器和光衰减器等多种光学元器件，存在着结构复杂，制作工艺要求高，制作成本高且难以实现等不足。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术的不足，提供一种结构简单，性能优良、稳定性更好、集成度高，体积小、适于大量生产的基于聚合物光波导电流互感器芯片。

为了实现上述目的采用的技术方案是，一种基于聚合物光波导电流互感器芯片，其特征是，它包括电流传感器、积分电路、聚合物光波导电光调制器、光电探测器、信号处理芯片、光起偏器、光栅耦合器和激光光源，电流传感器接收到的电流信号通过积分器转换成电压信号，将得到的输出电压信号加到集成光波导电光调制器的电极上；激光光源产生的光信号通过光栅耦合器耦合到光起偏器，光起偏器产生偏振光；聚合物光波导电光调制器将电信号加载在光起偏器的偏振光上，再由光电探测器将加载在偏振光上的光信号转换为电信号，最后通过信号处理芯片对电信号进行处理。

所述的光栅耦合器、光起偏器、聚合物光波导调制器集成在芯片上，光电探测器采用多层叠加集成在聚合物光波导调制器芯片上，信号处理芯片粘贴在光电探测器芯片上。

所述的聚合物光波导电光调制器的电极采用的是行波电极结构，包括互作用区、过渡区、输入输出区。

所述的聚合物光波导电光调制器包括地电极和置于地电极内的中心电极以及位于地电极一侧的偏置中心电极，在电极上施加电压，改变聚合物光波导的折射率，从而实现调制。

本发明的一种基于聚合物光波导电流互感器芯片，将测量电流的所需的各种功能光学元件，电子元件集成于一个芯片上，使其结构简单，易于加工，性能优良，稳定性更好，集成度高，体积小，重量轻，适于大量生产，价格低廉；聚合物光波导具有大的芯径和数值孔径，容易连接，耦合效率高，对温度、振动不敏感，可以在较恶劣的环境中使用。

附图说明