[发明专利]一种高频高精度空间电场测量系统及方法

权利要求书

1.一种高频高精度空间电场测量系统，包括待测电场区域，其特征是，包括：半导体激光器、第一、第二偏振控制模块、判断控制器、电光探针；半导体激光器通过保偏光纤分别与第一、第二偏振控制模块相连，第一、第二偏振控制模块通过保偏光纤与电光探针连接，第一、第二偏振控制模块均与判断控制器连接；

第一、第二偏振控制模块的内部均自上而下包括：第一透镜、分束镜、第二透镜、1/4波片、1/2波片、第一光电二极管、第三透镜、偏振分束镜、第四透镜、第二光电二极管、差分放大器；分束镜使得进入偏振控制模块的激光一部分继续在内部传播，一部分射出该偏振控制模块进入电光探针，反射后重新进入偏振控制模块；偏振分束镜可以将电光探针中反射回偏振控制模块的两束偏振方向不同且具有相位差的偏振光分离开，分别射向第一、第二光电二极管；第一、第二光电二极管将光强度信息转化为电信息；差分放大器比较第一、第二光电二极管电信息。

2.如权利要求1所述高频高精度空间电场测量系统，其特征在是，电光探针采用碲化镉CdTe晶体。

3.如权利要求1-2任意一项所述高频高精度空间电场测量系统的测量方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、半导体激光器产生两束激光，分别射向第一、第二偏振控制模块；

步骤2、在其中一个偏振控制模块中，入射的激光首先经过透镜变为平行光射向分束镜，一部分经分束镜反射垂直向下传播，经过1/4波片、1/2波片延迟后射向偏振分束镜，偏振分束镜将反射光分为两个不同偏振方向的光，再分别射向第一、第二光电二极管，水平向左射出的光线为Lo，竖直向下射出的光线为Le；

步骤3、另一部分经分束镜透射后进入电光探针，通过待测电场的作用，这束光在电光探头内部发生双折射现象，从而产生两束偏振方向不同的且具有相位差的偏振光，记为Mo与Me；经电光探针后部介质膜的反射重新射向分束镜，经分束镜反射后也垂直向下传播，经过1/4与1/2波片延迟和偏振分束镜后，将带有相位差的两个不同偏振方向的Mo与Me分开，分别与步骤2中射向第一、第二光电二极管的Lo与Le两束光发生干涉；

步骤4、利用第一、第二光电二极管检测干涉光强度并将其转化为电信号，经过差分放大器后送入判断控制器；

经过理论推导可得入射到第二光电二极管上发生干涉的两束光的合成光强与外加电场与之间的关系为：

其中，I₀为半导体激光器发射的激光光强，I为第二光电二极管检测出的合成光强，为由于电光效应导致的相位差，γ为转换系数，与电光探针中采用的晶体本身性质有关，E为待测空间电场强度；

设在系统运行时，最初激光发射器的入射光相位为则由理论分析可得Mo与Me的相位均为而Lo虽然经过了电光晶体，相位不发生变化，Le为电光效应导致相位变化的光，相位为Mo与Lo发生干涉，没有相位差，第一光电二极管检测的光强为式(1)的直流分量Me与Le发生干涉，相位差为第二光电二极管检测的光强为式(1)，两者相减得到最后与电场相关的信号S₁；

令式(2)除以第一光电二极管检测到的直流分量得到与外加电场成比的输出信号S：

步骤5、根据式(3)，判断控制器中通过携带光强信息的电信号反推出外加电场的值，判断控制器将自动校验两次检测值，结果相差小于预设的误差后输出检测结果。