集成光波导电场传感器具有体积小、带宽宽、抗电磁干扰能力强、对被测电场扰动小等特点,因此非常有潜力应用于瞬态强电磁脉冲的时域测量。论文主要针对一种以铌酸锂(LiNbO3, LN)电光调制为基础的马赫增德尔干涉仪(Mach Zehnder Interferometer, MZI)型集成光波导脉冲电场传感器及其系统展开研究。主要内容包括：1.集成光波导脉冲电场传感器基本原理及其系统组成分析分析给出了LN集成MZI型光波导电场传感器的基本工作原理及其系统的一般组成。分别从时域和频域分析了π/2的固有相位差(线性工作点)对MZI型集成光波导电场传感器最大不失真地探测空间电场的重要性。推导给出了集成光波导电场传感系统灵敏度的一般表达式,并得出系统最小可测电场与传感器的半波电场成正比,同时还与系统噪声带宽的平方根成正比。最后分析给出了脉冲电场传感系统线性最大可测电场和传感器半波电场的关系,并对比分析了电场传感器的频域以及时域测试方法。2.基于波长调谐的集成光波导电场传感器工作点控制研究工作点的稳定对传感器的各项性能指标包括灵敏度、带宽、时域波形探测等都至关重要。分析得出,LN集成MZI型光波导电场传感器工作点的漂移是一个普遍存在的、复杂的物理过程,想要从改进器件制作工艺或者结构等方面完全解决工作点的漂移问题几乎是不可能的。提出并通过软硬件开发出一套基于波长调谐的新型集成光波导电场传感器工作点控制系统。由于系统采用一种纯光的控制技术,因此不会对被测电场产生干扰。最后由实验测试得出,系统控制精度、控制时间等性能指标满足传感器探测时域脉冲的要求。3.集成光波导三维纳秒电磁脉冲传感系统研究纳秒电磁脉冲如核电磁脉冲的时域测量技术已成为电磁攻防领域急需解决的关键性科学问题之一。论文使用CST Microwave Studio对电场传感器天线及其电极进行数值仿真,最终研制出一种高灵敏度的对数周期天线集成光波导三维(Three dimensional,3D)纳秒电磁脉冲传感系统,和另一种低灵敏度的领结天线集成光波导3D纳秒电磁脉冲传感系统。时域测试表明,研制的3D纳秒电磁脉冲传感系统探测到的脉冲时域波形特性参数相对于原始波形误差在2.5%以内,并且3D电场传感系统线性可测脉冲电场最小低于104 V/m,最大超过56 kV/m。频响测试表明,3D电场传感系统带宽范围为100 kHz到1 GHz。4.集成光波导三维微秒强电磁脉冲传感系统研究对高电压工程领域普遍存在的场强高达几百甚至上千kV/m的微秒电磁脉冲进行时域测量,对于保证电网安全可靠地运行具有重要意义。以行波天线理论为基础,设计了一种天线阻抗渐变的锥形天线集成光波导强电场传感器,并通过制作三只天线和非对称MZI直波导臂夹角为54.7。的锥形天线集成光波导强电场传感器,然后将它们安装在一个正三棱柱的三个侧面上,最终研制出一种体积更小的新型集成光波导三维强电场传感器。使用标准雷电电磁脉冲对电场传感系统进行时域测试得出,系统线性最大可测脉冲电场可达1200 kV/m。最后由理论分析得出,传感系统探测到的脉冲时域波形中夹杂的振荡噪声主要来自LN晶体逆压电效应引起压电谐振,并对几种可能的降噪方法进行分析讨论。5.集成光波导反射式脉冲电场传感系统研究为了进一步减小集成光波导电场传感探头的体积,使其能够用于测量一些狭窄空间中的电场,通过理论分析与仿真计算,研制出一种结构更紧凑的新型反射式锥形偶极子天线阵列集成光波导电场传感器。时域测试表明,研制的10组锥形偶极子天线阵列反射式光波导电场传感系统线性可测脉冲电场范围为640 V/m到29.4 kV/m；研制的4组锥形偶极子天线阵列反射式光波导电场传感系统线性可测脉冲电场范围为1.3 kV/m到58.7 kV/m。频响测试表明,研制的反射式锥形偶极子天线阵列光波导电场传感系统带宽范围为100 kHz到12 GHz。