一种具有集成化光路的全光纤电流互感器及其制作工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种具有集成化光路的全光纤电流互感器及其制作工艺，该全光纤电流互感器包括相互连接的光电光路集成模块和调制光路集成模块，当光电光路集成模块和调制光路集成模块在不同基底时，光电光路集成模块和调制光路集成模块为分别封装的两模块，光电光路集成模块的输出尾纤与调制光路集成模块的输入尾纤按0°熔接；当光电光路集成模块和调制光路集成模块在相同基底时，光电光路集成模块的输出尾纤作为制作调制光路集成模块的输入尾纤，光电光路集成模块和调制光路集成模块一起整体封装而成。该全光纤电流互感器具备信噪比高、体积小、安装简易、生产成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电流互感器
，特别是一种新型的具有模块化、集成化光路的全光纤电流互感器及其制作工艺。
技术介绍
电流互感器在电网中起着精确快速测量电流的作用，是智能电网的核心设备，基于法拉第磁光效应的全光纤电流互感器能够对高压电流实现非介入式传感测量，是高压电子式电流互感器的主要发展方向。目前国内主流的全光纤电流互感器(FOCT)的光路使用了相互分离且均具有独立封装外壳的光源、分束器、起偏器、直波导(或Y波导)、光电探测器等光学器件组成，典型的直波导设计方案如图1a所示，光源101发出的光经过分束器102，进入起偏器103进行起偏，产生高偏振度的线偏振光，与直波导104进行45°熔接后，分裂成偏振方向互相垂直的两列光波，受到直波导104的闭环相位调制，通过光纤延迟环105、传输光缆进入敏感环106中，在敏感环106中产生法拉第磁光效应后再经反射镜107反射回来，沿原光路返回至分束器102的另一端最终在光电探测器108处进行光电转换完成信号检测。图1b则是采用Y波导的设计方案，Y波导110和保偏分束器111替代起偏器103和直波导104，基本原理与直波导方案是相通的，不详述。鉴于光学器件厂家稀少，且各自仅能研制、生产部分器件，光纤电流互感器制造厂目前都是用分离的光学器件来组建所需要的光路，各光学器件之间采用尾纤熔接的方式，如图1a和图1b中，黑色圆点表示各器件之间的尾纤熔接点109，在光纤延迟环105之前的光路部分就至少需要5、6个熔接点。熔接点过多对光路的性能具有诸多不利的影响，主要表现为以下几点:1、增大了光路中的偏振串扰，降低了光路的信噪比。根据光纤光学理论和全光纤电流互感器的光路设计知识，光路中的每一个熔接点都是一个不可忽视的偏振串扰点，远比光纤弯折带来的偏振串扰点的影响大得多。所以，在其光路设计和生产时，对每个熔接点的熔接角度都会提出明确的要求，但由于用光纤熔接机熔接光纤时并不可能绝对地精确控制熔接角度，导致熔接角度与设计值存在偏差，因而引入了一定幅度的偏振串扰。很显然，熔接点越多，光路中引入偏振串扰的几率就越大，幅度也越大。故高性能的光路一般要求熔接点越少越好。2、增加了光路装配的工艺复杂性和可靠性。由于外形尺寸要求，全光纤电流互感器给光路预留的安装位置通常不会太多，这就要求光路装配比较紧凑、充分利用空间。但是一套光路中不仅有4、5种光学器件、5、6个熔接点，还有10余米长左右的器件尾纤，部分光学器件还需要焊接电气导线，不管如何设计、布局，整个光路的装配工艺都会显得非常复杂、繁琐，同时这些工序均无法用机器只能靠人工完成，其长期可靠性也是非常令人担忧的。3、增加了光纤熔接机的使用频率，增加了生产成本，降低了产能。显而易见，熔接点越多，使用光纤熔接机的次数则越多，而光纤熔接机一般都是非常昂贵的设备，每个光纤电流互感器制造厂通常也不会购置太多，频繁地使用光纤熔接机，会降低其寿命，延长工序时间，降低了全光纤电流互感器的产能。
技术实现思路
本专利技术针对现有的全光纤电流互感器的光路设计方案中熔接点过多、信噪比低、工艺复杂、可靠性差以及生产成本高等问题，提供一种新型的全光纤电流互感器的制作工艺，实现全光纤电流互感器的模块化、集成化光路设计，具备信噪比高、体积小、安装简易、生产成本低的优点。本专利技术还涉及一种具有集成化光路的全光纤电流互感器。本专利技术的技术方案如下:—种全光纤电流互感器的制作工艺，其特征在于，包括光电光路集成工艺和调制光路集成工艺，所述光电光路集成工艺，在一基底上，先制作出无封装外壳并具有光源电气引线的光源芯片，再用第一段光纤与光源芯片的输出光学端面进行对准、固定作为光源芯片的输出尾纤；然后制作无封装外壳并具有光电探测器电气引线的光电探测器芯片，再用第二段光纤与光电探测器芯片的输入光学端面进行对准、固定作为光电探测器芯片的输入尾纤；最后将光源芯片的输出尾纤和光电探测器芯片的输入尾纤采用尾纤直接耦合的技术进行熔融、拉丝、耦合制作成第一分光器，并留出其中一根尾纤作为光电光路的输出尾纤；所述调制光路集成工艺，在与光电光路集成工艺相同或不同的基底上进行对包括无封装外壳并具有波导电气引线的相位调制器的调制光路的集成；当两集成工艺在不同基底时，所述调制光路集成工艺是在制作出均无封装外壳并具有波导电气引线的调制光路的各组件后，通过与相位调制器的光学端面按特定角度进行对准、固定的技术进行调制光路的各组件的连接，且集成的调制光路留有输入尾纤和输出尾纤；对集成的光电光路和调制光路分别进行封装，再将光电光路的输出尾纤与调制光路的输入尾纤按O °熔接；当两集成工艺在相同基底时，将光电光路的输出尾纤与无封装外壳并具有波导电气引线的调制光路的组件的输入光学端面对准、固定后依次进行调制光路的各组件的连接，并在两集成工艺完成后将光电光路和调制光路一起进彳丁整体封装。当调制光路中的相位调制器为直波导芯片且两集成工艺在不同基底时，所述调制光路集成工艺的步骤为:先在另一基底上制作出均无封装外壳的起偏器芯片和直波导芯片，并使二者光轴在一条直线上且偏振主轴平行，所述直波导芯片具有直波导电气引线；再用第三段光纤与起偏器芯片的输入光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输入尾纤；然后用第一段保偏光纤一端按照45°与起偏器芯片的输出光学端面对准、固定，再将所述第一段保偏光纤另一端与直波导芯片的输入光学端面按0°进行对准、固定；最后再用第二段保偏光纤与直波导芯片的输出光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输出尾纤。当调制光路中的相位调制器为直波导芯片且两集成工艺在不同基底时，所述调制光路集成工艺的步骤为:先在另一基底上制作出均无封装外壳的起偏器芯片和直波导芯片，并使二者光轴在一条直线上且偏振主轴45°，所述直波导芯片具有直波导电气引线；再用一段光纤与起偏器芯片的输入光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输入尾纤；然后在起偏器芯片和直波导芯片之间安装准直器并使所述准直器的光轴与二者光轴重合，所述准直器与起偏器芯片、直波导芯片之间形成空间光路；最后再用一段保偏光纤与直波导芯片输出光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输出尾纤。当调制光路中的相位调制器为直波导芯片且两集成工艺在相同基底时，所述调制光路集成工艺的步骤为:制作出均无封装外壳的起偏器芯片和直波导芯片，所述直波导芯片具有直波导电气引线，将光电光路的输出尾纤与起偏器芯片的输入光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输入尾纤；然后用第三段保偏光纤一端按照45°与起偏器芯片的输出光学端面对准、固定，再将所述第三段保偏光纤另一端与直波导芯片的输入光学端面按0°进行对准、固定；最后再用第四段保偏光纤与直波导芯片的输出光学端面进行对准、固定，作为调制光路的输出尾纤。当调制光路中的相位调制器为Y波导芯片且两集成工艺在不同基底时，所述调制光路集成工艺的步骤为:先在另一基底上制作无封装外壳并具有Y波导电气引线的Y波导芯片，再用第四段光纤与Y波导芯片的输入光学端面进行对准、固定作为调制光路的输入尾纤；然后用第五段和第六段保偏光纤分别按照0°、90°与Y波导芯片的两个输出光学端面对准、固定作为Y波导芯片的两根输出尾纤；最后将所述两根输出尾纤进行熔融、拉丝、耦合制作成第二分光器，并留出其中一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全光纤电流互感器的制作工艺，其特征在于，包括光电光路集成工艺和调制光路集成工艺，所述光电光路集成工艺，在一基底上，先制作出无封装外壳并具有光源电气引线的光源芯片，再用第一段光纤与光源芯片的输出光学端面进行对准、固定作为光源芯片的输出尾纤；然后制作无封装外壳并具有光电探测器电气引线的光电探测器芯片，再用第二段光纤与光电探测器芯片的输入光学端面进行对准、固定作为光电探测器芯片的输入尾纤；最后将光源芯片的输出尾纤和光电探测器芯片的输入尾纤采用尾纤直接耦合的技术进行熔融、拉丝、耦合制作成第一分光器，并留出其中一根尾纤作为光电光路的输出尾纤；所述调制光路集成工艺，在与光电光路集成工艺相同或不同的基底上进行对包括无封装外壳并具有波导电气引线的相位调制器的调制光路的集成；当两集成工艺在不同基底时，所述调制光路集成工艺是在制作出均无封装外壳并具有波导电气引线的调制光路的各组件后，通过与相位调制器的光学端面按特定角度进行对准、固定的技术进行调制光路的各组件的连接，且集成的调制光路留有输入尾纤和输出尾纤；对集成的光电光路和调制光路分别进行封装，再将光电光路的输出尾纤与调制光路的输入尾纤按0°熔接；当两集成工艺在相同基底时，将光电光路的输出尾纤与无封装外壳并具有波导电气引线的调制光路的组件的输入光学端面对准、固定后依次进行调制光路的各组件的连接，并在两集成工艺完成后将光电光路和调制光路一起进行整体封装。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐知芳，李永兵，刘东伟，
申请(专利权)人：易能乾元北京电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11