径向检偏式OCT研究

光学电流传感器（OCT）是国家智能电网重大一次设备的研制方向。现有的OCT均基于单一透光轴的检偏器，只能实现近似线性测量；反应光功率的大小，因此受到温漂和线双折射效应的严重影响。径向检偏式OCT基于申请人提出的径向检偏器，应用纳米离子束刻蚀与纳米压印技术制成，其透光轴沿一个圆环的周长径向均匀分布，线偏振光经径向检偏器解调后形成一个形状固定的光斑并随磁致旋光角同步旋转，由对光斑的定位实现对电流的线性测量；该方法与光功率无关，不受环境温度变化和光学与电子器件温漂的影响；线双折射的消偏作用使光斑的相对光强分布发生变化，由椭偏检测方法可以实时检测出这种变化并消除之。因此在理论上，径向检偏式OCT可以消除温漂与线双折射的影响。在物理光学与电力光学领域，径向检偏器的应用基础研究尚有待开展，如数学物理模型的建立、光学特性与温度特性的分析及在OCT中的应用等，本项目将对这些问题开展深入研究。

现有的OCT有全光纤式、磁光玻璃式和采用磁光晶体的螺线管式，均基于法拉第磁光效应，采用单一透光轴的光强解调模式，反应光功率的大小，因此受到温漂和应力线双折射的严重影响；另外，全光纤式还存在光纤老化的问题。为了解决上述问题，本项目开展了径向检偏式OCT的研究，其核心是申请人发明的径向检偏器，为应用纳米离子束刻蚀与压印技术制成，其透光轴沿一个圆环的周长径向均匀分布，线偏振光解调后形成一个形状固定的光斑并随磁致旋光角同步旋转，由对光斑的定位实现对电流的线性测量，与光功率无关，不受环境温度变化和光学与电子器件温漂的影响；同时采用了厚度仅10微米的稀土掺杂磁光薄膜，其应力线双折射仅为法拉第旋转角的十万分之一，可以忽略不计。因此解决了温漂与应力线双折射问题。主要研究内容包括径向检偏器的数学物理建模、光学与温度特性分析与OCT应用基础研究。数学建模的主要工作是借助于马律斯定律和线性耦合波理论以准确地描述径向检偏器的物理光学特性；物理建模的工作侧重于径向检偏器的优化设计、数字仿真与加工制作；在OCT应用基础研究方面，结合课题组承担的国家电网公司110kV智能光学电流互感器样机的研制项目，开展了OCT电磁环节的温度特性与结构优化的研究，光学环节的径向检偏器的设计制作、温度与光学特性研究、光源与偏振器件的温漂与稳定性研究，数字处理环节的图像传输、识别与处理算法的研究等。同时，结合OCT样机的型式试验、挂网试运行等工作，进行了径向检偏式OCT的实用性研究。主要研究成果包括：（1）完成了一台110kV电压等级的径向检偏式OCT工业样机、通过了国家级型式试验并成功挂网试运行、通过了国家电网总公司科技部的验收。（2）发表学术期刊论文32篇，其中SCI收录9篇、EI收录12篇，会议论文4篇，参加国际学术会议4人次。（3）培养博士研究生2名、硕士研究生9名。2名博士研究生均获得福州大学优秀博士研究生创新基金支持（学校每届评选10名），已毕业的1名获国家奖学金，毕业论文获评福州大学优秀毕业论文。本项目的科学意义表现在以下三点：一是提出并有效验证了解决OCT的温漂与应力线双折射问题的方法，为OCT的实用化奠定了一定的基础。二是开展了纳米金属光栅的应用基础研究，制成并成功应用了铝金属光栅，在纳米光栅设计与应用领域具有领先水平。三是完成了样机的制作、型式试验及挂网试运行，使项目具有了工程实用价值。