铌酸锂晶体光学电场传感器为全介质结构，具有宽带宽、对被测电场干扰小的优点，但其灵敏度较低。因此，分析了晶体几何尺寸对传感器灵敏度的影响机理，得出通过增加沿外加电场方向的晶体尺寸同时减少晶体横截面上沿外加电场垂直方向的晶体尺寸来提高传感器的灵敏度。使用COMSOL仿真分析了铌酸锂晶体不同厚度、宽度、长度对晶体内部电场强度的影响，得出晶体厚度从15 mm减小到3 mm和宽度从3 mm增加到22 mm时，晶体内部电场强度分别提高约5.1倍和12.3倍；晶体长度从15 mm变化到55 mm时，晶体内部的电场强度变化仅约为5%。设计并研制出晶体尺寸分别为3 mm×3 mm×42.2 mm (x×y×z)，3 mm×6 mm×42.2 mm (x×y×z)，6 mm×6 mm×42.2 mm(x×y×z)的三只铌酸锂晶体电场传感器，并搭建工频电场测试平台，测试得出三只电场传感器的灵敏度分别为0.243 mV/(kV·m⁻¹)、0.758 mV/(kV·m⁻¹)、0.150 mV/(kV·m⁻¹)。当晶体厚度和长度一定且晶体宽度从3 mm增加到6 mm时，传感器灵敏度提高3倍。当晶体宽度和长度一定且晶体厚度从6 mm减小到3 mm时，传感器灵敏度提高5倍。结合仿真与实验结果得出：在晶体长度一定时，可以通过设计使用宽度更宽、厚度更薄的晶体，研制出高灵敏度的电场传感器。

设计了一种改进的前馈共栅（Modified Feedforward Common Gate, MFCG）跨阻放大电路，通过使用CMOS有源电感与前馈共栅(Feedforward Common Gate, FCG)跨阻放大电路中的共源放大级并联，使跨阻放大电路的带宽和跨阻增益均得到有效提升。基于TSMC 60 nm CMOS工艺在Cadence软件平台对MFCG跨阻放大电路进行仿真分析和版图设计。仿真结果表明在电源电压为1.8 V，光电二极管结电容为200 fF的情况下，放大电路的−3 dB带宽为17.2 GHz，跨阻增益为55 dBΩ，在带宽内等效输入噪声电流谱密度小于55 pA/ $ \sqrt {{\rm{Hz}}} $，电路功耗为3.7 mW，电路版图面积为0.0029 mm²。结果表明：所设计的MFCG跨阻放大电路具有跨阻增益高、带宽大、版图面积小等优点，可用于20 Gb/s光纤通信系统的光接收机电路。

针对集成光波导电场传感器无法直接对直流电场响应的问题，基于场磨式电场传感器的基本原理，研制了一种由直流电机、屏蔽电极、集成光波导和感应电极构成的直流电场传感器，其体积为87.5 mm×58.5 mm×17.5 mm。推导给出了集成光波导直流电场传感器的工作原理，利用COMSOL软件构建了传感器的三维仿真模型，仿真得出了感应电极上的电场强度随着屏蔽电极的旋转进行周期性的变化。建立直流电场测试系统，对研制的集成光波导直流电场传感器的动态范围进行测试。结果表明：传感器的最小可测电场为5 kV/m，最大可测电场大于140 kV/m，线性相关系数为0.995 1，适合用于直流电场测量。