Rydberg原子具有极大的极化率和跃迁偶极矩，利用谐振区的Autler-Townes分裂效应和非谐振区的交流斯塔克（AC Stark）偏移效应，可以实现超宽带电磁信号无损可溯源的精密测量与通信。在室温铯原子气室中，通过改变耦合光波长，选用70S1/2、42D5/2和30D5/2三个不同的Rydberg能级，分别测量了远失谐区（2 GHz）和谐振区（9.953 GHz和29.54 GHz）电磁信号的空间电场强度，并由此计算出环境散射和气室扰动所产生的衰减因子。同时，实验展示了Rydberg原子在宽带频率范围内的通信应用潜力，研究了远失谐区（2 GHz）、近失谐区（9.5 GHz）和谐振区（29.54 GHz）电磁信号在不同调制频率下幅度调制和频率调制的信噪比（SNR），并在此基础上，测量了调制频率为10 kHz的幅度调制信号在100 kHz~40 GHz超宽带频率范围内的解调信号SNR。实验结果表明，Rydberg原子可以突破传统电子学传感器的工作带宽限制，在超宽带连续频谱范围内具有电场感知与通信能力。

为了进一步提高传感系统的灵敏度，在一片铌酸锂晶片上设计双平行非对称马赫-曾德尔干涉仪型光波导结构，并在光波导的周围设计分段电极，实现方向相反的电光调制，为此研制出尺寸为78 mm×14 mm ×7.5 mm的集成光波导电场传感器。采用LTspice仿真软件设计一种跨阻抗平衡光电探测电路，采用差分法实现对共模噪声的抑制，从而提高电场传感器的灵敏度。实验结果表明，传感系统时域可测电场强度范围为33~3000 V/m，线性动态范围为35 dB，适用于弱电场的时域测量。

随着高功率微波技术的发展, 电子设备面临强电磁辐射攻击的威胁越来越严重, 对电子设备的防护加固提出了更高要求, 临近空间飞行器及其放电效应是目前较少考虑的环节, 且缺少相应的环境试验条件。文章提出了一种将临近空间气体环境与高功率微波电磁环境相结合的方法, 在柱形真空罐内壁布置吸波材料, 使用MW级S波段微波源及辐射聚焦系统在腔室中心形成强电磁辐射区, 以便开展相关辐照放电试验研究。针对脉冲微波强场监测, 通过光纤电场探头测量小信号连续波的方式进行等效传递, 中心场强最高超过2 kV/cm。利用该试验装置可开展临近空间电子学系统在高功率微波辐照下的放电击穿研究, 对薄弱环节分析及防护加固提供帮助。

设计了一种准光反射聚焦方式的微波放电大气等离子体实验装置，装置包括大气环境模拟室和微波辐射聚焦系统。辐射微波在腔室中心形成kV/cm量级的非均匀强场，击穿大气产生等离子体。通过仿真计算了腔室内的空间辐射场分布，并利用小信号传递的方式进行测量，测量结果与仿真相符，形成的等离子体形态与辐射场分布强弱一致。电磁场在聚焦区域形成驻波，等离子体出现明显分层现象。实验通过拍照记录了不同参数条件下的等离子体图样，等离子体形态随气压升高而收缩，放电区域受场强和气压共同影响。对实验结果进行分析，验证了该装置的能力。

采用马赫-曾德尔光波导干涉仪与锥形天线阵列, 研制了基于铌酸锂(LiNbO3)结构、可用于电力电场测量的大带宽电场传感器, 并通过实验对传感器性能进行了测试。结果表明, 该传感器在10kHz~18GHz的大带宽范围内, 频响特性波动小于±10dB, 最小可测电场强度达到0.4V/m, 可测量场强达103V/m的纳秒脉冲电场。

讨论了集成光学电场探头测量高空电磁脉冲(HEMP)的系统误差.根据探测器传输函数和HEMP的表达式得出了误差方程.并通过对HEMP表达式的特征分析,对误差方程进行了简化.通过方程的求解,分析了探测器和HEMP波形的各项参数对测量结果的影响.结果表明:误差随着双指数波幅值、半宽/前沿和探测器工作点漂移的增大而增大;探测器的5%和10%系统测量误差对应的最大测量幅值分别为半波电场的0.165倍和0.23倍.该结论可为此类探测器的使用提供参考.

提出一种用于强电场测量的集成光波导电场传感器天线电极设计方案。给出了传感器等效电路, 计算分析了天线、电极的各个参数对传感器半波电场的影响。结果表明: 当传感器电极长度、天线长度由4mm减少到0.5mm时, 传感器半波电场由230kV/m分别增加到2400kV/m和1100kV/m, 提高了943.5%和378.3%;当电极间距、电极宽度由20μm增加到200μm时, 传感器半波电场由400kV/m分别增加为2300kV/m和730kV/m, 提高了475.0%和82.5%;当天线底部宽度由50μm增加到600μm时, 传感器半波电场由460kV/m减小到242kV/m, 减小了47.4%。因此, 合理设计传感器电极、天线尺寸可使其半波电场达到几百kV/m至几千kV/m, 使它能够应用于强电场测量领域。

介绍了自主研制的脉冲电场原始波形测量系统的模块组成与基本工作原理。针对在未知被测电场方向及复杂的电场环境下垂直干扰电场对自由空间电场测量产生的影响，通过建立自由空间电场测量系统前端的简化模型，对不同尺寸天线与屏蔽盒进行仿真计算。仿真计算结果与理论分析基本一致，结果表明：干扰电场响应信号与待测电场响应信号相差2个数量级以上，干扰电场的影响可忽略不计。