大气电场仪作为一种雷电监测设备,能够对地面电场强度进行实时监测。而常见的大气电场测量装置常存在体积大、易受电磁干扰、测量带宽窄等缺点。因此,研究体积小、抗干扰能力强、测量频带宽等特点的新型大气电场传感器具有一定的必要性。本文在研究分析Pockels效应原理的基础上,提出应用Pockels效应来测量大气电场的方法。设计了一种基于BGO晶体Pockels效应原理的脉冲电场传感器。为降低传感器成本,提出利用BSO晶体代替BGO晶体作为传感器材料,给出了一种基于BSO晶体电光效应的闪电电场传感器的制作方法。在上述传感器基础上设计了一个闪电瞬态电场测量的高速采集系统。具体研究内容如下：首先,设计了一种基于BGO晶体Pockels效应原理的脉冲电场传感器。给出了传感器示意图及系统框图,对光学器件的选择进行了说明。对晶体、光源的选择及传感器设计中出现的问题进行了分析,通过模拟仿真,说明了这种测量方法是可行的,为进一步研制大气电场测量传感器,提高其性能提供了理论依据。其次,研究了BSO晶体旋光性对电光效应的影响,通过理论分析提出了消除旋光效应的方法。从理论上对光的传播方程进行了研究,解决用BSO晶体制作闪电电场传感器中旋光效应对电光效应的影响问题。通过对BSO晶体中电光效应和旋光效应对光的偏振态影响的研究,推导出了处于外加电场中的BSO晶体中光的传播方程的表达式,以及透过光强的表达式,,并通过仿真从理论证明了BSO晶体作为闪电电场传感器材料的可行性。最后,利用AD9057和基于BSO晶体Pockels效应的闪电电场传感器设计了一个闪电瞬态电场测量的高速采集系统,实现了对闪电瞬态电场信号的测量。通过对闪电电场高速采集系统的硬件和软件设计,解决了数据采集过程中存在的高速A/D转换的速度与低速智能管理的速度不匹配问题,实现了带宽为0-10MHz的闪电瞬态电场信号采集,具有重要的实际价值。