一种偏振纠缠光子电流传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种偏振纠缠光子电流传感器，包括全光纤偏振纠缠光子源、高电位的传感光路和低电位的测量光路；所述高电位的传感光路包括空气芯光子晶体光纤、集磁环和白屏；所述低电位的测量光路包括准直扩束镜和径向偏振光栅；所述全光纤偏振纠缠光子源输出两路偏振纠缠光子，其中一个光子进入传感光路，并经空气芯光子晶体光纤、集磁环上的通光孔和磁光薄膜后，在白屏上湮灭；另一个光子进入测量光路，经准直扩束镜形成空间光，然后经过径向偏振光栅检偏后，将法拉第旋转角转化为固定光斑的同步平移，利用图像传感器对光斑定位即可得到法拉第旋转角，从而得到待测电流。从而得到待测电流。从而得到待测电流。

【技术实现步骤摘要】
一种偏振纠缠光子电流传感器


[0001]本专利技术属于高压电流测量领域，具体涉及一种偏振纠缠光子电流传感器。

技术介绍

[0002]流传感器是“感知”电力系统运行状态的重要工具，是电力系统保护、控制与计量的基础，其作用十分重要。但是，现有的电流测量技术存在若干原理性缺陷，已不能满足智能电网发展的要求。例如，电磁式电流互感器存在绝缘成本高，绝缘介质如绝缘油和绝缘气体的泄露等问题。光纤电流传感器(Fiber Optical Current Transducer,FOCT)具有绝缘可靠、结构简单、免维护、环境友好等优点，因此其被认为是电力系统电流测量的最终发展方向。但是FOCT存在如非线性测量与光功率依赖性、无谐波测量能力、应力线双折射的干扰等原理性缺陷，多年来这些问题始终未能有效地得到解决。
[0003]目前量子传感技术的应用多涉及弱磁测量，例如原子磁力仪或量子空间磁场成像，具有灵敏度好、分辨率高以及非破坏性测量等优势，是近年来的研究热点。但是量子传感技术尚未应用于强电磁(电流)测量领域，将其应用于电力系统的高压电流测量是一个全新的尝试。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种偏振纠缠光子电流传感器，旨在解决上述问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种偏振纠缠光子电流传感器，包括全光纤偏振纠缠光子源、高电位的传感光路和低电位的测量光路；所述高电位的传感光路包括空气芯光子晶体光纤、集磁环和白屏；所述低电位的测量光路包括准直扩束镜和径向偏振光栅；所述全光纤偏振纠缠光子源输出两路偏振纠缠光子，其中一个光子进入传感光路，并经空气芯光子晶体光纤、集磁环上的通光孔和磁光薄膜后，在白屏上湮灭；另一个光子进入测量光路，经准直扩束镜形成空间光，然后经过径向偏振光栅检偏后，将法拉第旋转角转化为固定光斑的同步平移，利用图像传感器对光斑定位即可得到法拉第旋转角，从而得到待测电流。
[0007]进一步的，所述传感光路光子经过磁光薄膜时其偏振面发生旋转，且旋转角度与待测电流成正比。
[0008]进一步的，所述测量光路光子偏振面旋转角度与传感光路光子相同。
[0009]进一步的，所述利用图像传感器对光斑定位即可得到法拉第旋转角，具体如下：
[0010]由全光纤偏振纠缠光子源产生的双光子偏振纠缠态为：
[0011][0012]其中H，V分别代表水平偏振和垂直偏振，代表水平偏振与垂直偏振之间的相位差；
[0013]让其中一个光子进入传感光路，与空气芯光子晶体光纤发生耦合，然后经过磁光薄膜，在磁场的作用下光子偏振纠缠态获得一个新的相位差即：
[0014][0015]其中β是法拉第旋转角，此时双光子偏振纠缠态变为：
[0016][0017]另一个光子进入测量光路，通过径向偏振光栅时，相当于对另外一个光子的偏振态进行了探测，即有50％的概率处于|H>态，也有50％的概率处于|V>态，即：
[0018][0019]当测量光路探测到|V>态时，则通过径向偏振光栅直接测出此时的相位即：
[0020][0021]结合公式(2)进而得出β；
[0022]入射光通过径向偏振光栅的琼斯矩阵表示为：
[0023]G(x,y)＝T[α(x,y)]G[κ(x,y)]T
‑1[α(x,y)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0024]其中T[α(x,y)]为旋转矩阵，α为金属栅条方向；G[κ(x,y)]用对角矩阵来表示：
[0025][0026]其中t
TM
、t
TE
分别是TM波和TE波透射分量的衍射效率；ξ为两个光波之间的相位差；
[0027]将径向偏振光栅的每一个金属栅条单元描述为透光轴垂直于α的线性偏振片，式(6)改写为：
[0028][0029]设入射光偏振面的方向与系统x轴夹角为振幅为1，则入射光矢的琼斯矩阵为：
[0030][0031]入射光透过径向偏振光栅后，出射光矢的琼斯矩阵为：
[0032][0033]得到出射光强表达式为：
[0034][0035]令I
out
取最小值，得到：
[0036]α＝φ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0037]设光栅的长度为l，则暗纹平移的范围即0～l；假设当时，暗纹中心位置在0
°
栅条单元上，则光斑位移量Δx与的关系满足：
[0038][0039]根据上式得到：
[0040][0041]基于Matlab得到径向偏振光栅检偏后的出射光强分布，光斑随的变化同步平移，通过测量光斑的平移即可实现对的直接线性测量；再结合式(5)，即可得到β。
[0042]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0043]本专利技术解决FOCT的原理性缺陷问题，实现基于光子偏振纠缠特性的偏振纠缠光子电流测量。
附图说明
[0044]图1是本专利技术结构示意图；
[0045]图2是本专利技术一实施例中径向偏振光栅结构示意图；
[0046]图3是本专利技术一实施例中基于径向偏振光栅检偏后的出射光强分布；
[0047]图中：1
‑
全光纤偏振纠缠光子源，2
‑
空气芯光子晶体光纤，3
‑
集磁环，4
‑
通光孔，5
‑
磁光薄膜，6
‑
白屏，7
‑
准直扩束镜，8
‑
径向偏振光栅，9
‑
径向偏振光栅检偏的出射光斑。
具体实施方式
[0048]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。
[0049]请参照图1，本专利技术提供一种偏振纠缠光子电流传感器，包括全光纤偏振纠缠光子源、高电位的传感光路和低电位的测量光路；所述高电位的传感光路包括空气芯光子晶体光纤、集磁环和白屏；所述低电位的测量光路包括准直扩束镜和径向偏振光栅；所述全光纤偏振纠缠光子源输出两路偏振纠缠光子，其中一个光子进入传感光路，并经空气芯光子晶体光纤、集磁环上的通光孔和磁光薄膜后，在白屏上湮灭；另一个光子进入测量光路，经准直扩束镜形成空间光，然后经过径向偏振光栅检偏后，将法拉第旋转角转化为固定光斑的同步平移，利用图像传感器对光斑定位即可得到法拉第旋转角，从而得到待测电流。
[0050]在本实施例中，传感光路光子经过磁光薄膜时其偏振面发生旋转，旋转角度即为法拉第旋转角，且旋转角度与待测电流成正比。在量子纠缠特性的作用下，测量光路光子偏振面旋转角度与传感光路光子相同。
[0051]在本实施例中，利用图像传感器对光斑定位即可得到法拉第旋转角，具体如下：
[0052]由全光纤偏振纠缠光子源产生的双光子偏振纠缠态为：
[0053][0054]其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种偏振纠缠光子电流传感器，其特征在于，包括全光纤偏振纠缠光子源、高电位的传感光路和低电位的测量光路；所述高电位的传感光路包括空气芯光子晶体光纤、集磁环和白屏；所述低电位的测量光路包括准直扩束镜和径向偏振光栅；所述全光纤偏振纠缠光子源输出两路偏振纠缠光子，其中一个光子进入传感光路，并经空气芯光子晶体光纤、集磁环上的通光孔和磁光薄膜后，在白屏上湮灭；另一个光子进入测量光路，经准直扩束镜形成空间光，然后经过径向偏振光栅检偏后，将法拉第旋转角转化为固定光斑的同步平移，利用图像传感器对光斑定位即可得到法拉第旋转角，从而得到待测电流。2.根据权利要求1所述的一种偏振纠缠光子电流传感器，其特征在于，所述传感光路光子经过磁光薄膜时其偏振面发生旋转，且旋转角度与待测电流成正比。3.根据权利要求1所述的一种偏振纠缠光子电流传感器，其特征在于，所述测量光路光子偏振面旋转角度与传感光路光子相同。4.根据权利要求1所述的一种偏振纠缠光子电流传感器，其特征在于，所述利用图像传感器对光斑定位即可得到法拉第旋转角，具体如下：由全光纤偏振纠缠光子源产生的双光子偏振纠缠态为：其中H，V分别代表水平偏振和垂直偏振，代表水平偏振与垂直偏振之间的相位差；让其中一个光子进入传感光路，与空气芯光子晶体光纤发生耦合，然后经过磁光薄膜，在磁场的作用下光子偏振纠缠态获得一个新的相位差即：其中β是法拉第旋转角，此时双光子偏振纠缠态变为：另一个光子进入测量光路，通过径向偏振光栅时，相当于对另外一个光子的偏振态进行了探测，即有...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐启峰，黄奕钒，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：