电场的测量系统是定量评估各种电子设备在复杂电磁环境中生存能力的客观急需,是评估防护效果的检验手段,是研究电磁损伤机理和防护加固技术的基础,是对电子设备电磁环境效应研究提供实验技术支持的最重要的方法之一。因此对于准确的测量电场,无论是我们日常生活中还是科学研究当中都会有着十分重要的意义。许多的科研人员一直致力于测量电场的科研工作当中,近年来,用于电场测量的光学传感技术取得了很大的进展,并提出了多种相对应的传感器。通过分析基于静电吸引、压电材料、电光晶体和集成光波导的四种类型的光学电场传感器。论文主要针对以铌酸锂电光调制为基础的基于平衡探测的集成光波导电场传感器及其系统展开了研究,论文的主要内容如下:首先,综述了光学电场传感器,确定研究对象后。介绍了铌酸锂光波导电场传感器的理论基础,分析了马赫-增德尔干涉仪结构,进而引出双平行非对称马赫-增德尔干涉仪型光波导结构。该结构引入了一个固定的π/2相位延迟,从而使传感器近似地工作在线性工作区,又因为双平行设计,从而达成了两路信号的输出。其次,在双平行非对称马赫-增德尔干涉仪型光波导结构的基础上设计了分段电极,由于设计的分段电极为对称结构且置于上下平型波导臂两侧,所以在分段电极的上侧部分与下侧部分产生的感应电压是大小相等方向相反的,从而对上下非对称马赫-增德尔干涉仪中的光波产生相位相反的调制。可将两路光信号调制成一对振幅相同,相位相反的对称信号,并将其作为平衡探测所需的差分信号。然后,针对传感器输出的差分信号,设计了平衡光电探测器。通过理论分析进行芯片选型,跨阻抗电路设计以及采用两个并联且响应度一致的PIN型光电二极管达到差分的效果,从而抑制信号中的共模噪声,提高传感系统的灵敏度。对设计的电路采用LTspice电路仿真软件验证优化后,通过Altium Designer绘制电路,完成了一个低噪声、大带宽的平衡光电探测器的制作。最后,针对本文所设计的基于平衡探测的集成光波导电场传感器和平衡光电探测器,搭建了工频电场测试系统平台,测试了基于平衡探测的集成光波导电场传感系统。测试结果验证了基于平衡探测的光波导电场传感系统对探测电场的灵敏度提升的构想,为测量电场提供了新的解决方法。