线性电光效应广泛用于光通信、激光调Q、光偏转等领域,特别是在电场传感方面具有重要应用。光学电压传感器(OVS,Optical Voltage Sensor)是电网智能化发展需求之一。仿真分析是提高OVS设计效率的重要手段,本文基于有限元方法和耦合波理论研究了 OVS中BGO晶体的半波电压、温度效应以及电场均匀性,对OVS的设计具有较大的参考价值。论文主要工作有:1、提出适用于任意三维电场、任意光传播方向和任意电光晶体情形下电光器件仿真方法。该方法利用有限元计算BGO晶体中的内电场分布,得到光传播路径上的电场大小和方向。将通光路径分割,当分段足够细时,认为每一段的电场是均匀的。在每一小段使用耦合波理论的琼斯矩阵进行电光效应分析,并将琼斯矩阵相乘得到总的OVS信号输出。2、讨论晶体切割面和光传播方向对BGO半波电压的影响。得出以下结论:当晶体的切割面法线方向s1和s2分别为[-0.219,0.219,±0.951]和[1/(?),1/(?),0]时,半波电压提升到3倍以上;当光源入射角α和β值在±0.4π附近时,半波电压将提高10倍。这为OVS半波电压的调控提供了新的途径。3、研究温度变化和自然双折射对OVS精度的影响。发现BGO晶体温度特性与光传播方向无关,整个半波电压范围内,温度对电光调制的影响是线性的,温度变化30℃使传感器产生1%的测量误差。利用晶体劈干涉法测量得到BGO晶体的固有双折射为0.066°/cm,将给传感器测量带来0.5%误差;考虑5℃～90℃温度变化后,将产生1%的误差,对OVS精度的影响不容忽视。4、从电场仿真说明OVS中电极之间的电场分布的不均匀性,以简化电极结构为例,利用有限元仿真实现了优化设计,提高了 BGO晶体内部电场分布的均匀性。针对OVS中BGO在电场非均匀情况下的电光调制,利用本文提出的仿真方法得出:竖直方向的位置偏移和角度偏移对测量精度影响较大,偏移量y = ±1mm时,误差为6.05%;α = ±0.1rad时,误差为2.87%。文中给出了不同的精度等级所允许的最大位置偏移和角度偏移。