izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-12-56-61izmertech-2021Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSИзмерение напряжённости высокочастотных электрических полей: применение кольцевого волновода с двумя заполненными электрооптическим полимером щелямиMeasurement of the intensity of high frequency electric field: application of ring waveguide with two slots filled with electro-optic polymerhttps://orcid.org/0000-0002-8063-8068ГончаренкоИ. А.GoncharenkoI. A.

Игорь Андреевич Гончаренко

Минск

Igor A. Goncharenko

Minsk

igor02@tut.byhttps://orcid.org/0000-0002-2830-591XРябцевВ. Н.ReabtsevV. N.

Виталий Николаевич Рябцев

Минск

Vitaly N. Reabtsev

Minsk

v.reabtsev@gmail.comУниверситет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики БеларусьБеларусьUniversity of Civil Protection of the Ministry for Emergency Situations of the Republic of BelarusBelarusUniversity of Civil Protection of the Ministry for Emergency Situations of the Republic of BelarusBelarus2021290920230125661Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2021

Рассмотрена задача повышения чувствительности измерительного преобразователя высокочастотных внешних электрических полей. Показано, что решить эту задачу можно путём применения кольцевого волновода с двумя горизонтальными или вертикальными щелями, заполненными электрооптическим полимером. Рассмотрена структура измерительного преобразователя кольцевого волновода с двумя горизонтальными или вертикальными щелями. В волноводах с двумя щелями достигается бóльшая интенсивность оптического излучения в области щелей по сравнению с волноводами с одной щелью. Определены значения оптимальных расстояний между щелями и их ширины, при которых достигается максимальная чувствительность измерительного преобразователя. В результате использования активного органического полимера SEO125 и волноводов с двумя щелями рассматриваемый преобразователь позволяет измерять напряжённость переменных электрических полей частотой 0–10 ГГц в диапазоне 150–16·106 В/м с разрешающей способностью до 150 В/м. Измерительный преобразователь можно использовать для детектирования высокочастотных волн, электромагнитных импульсов, а также анализа внешних электромагнитных помех, диагностики высокочастотных электронных схем.

The possibility of increasing the sensitivity of measurement transducer of the high frequency external electric field is analyzed. The increasing is possible by using the ring waveguides with two vertical and horizontal slots filled with electro-optic polymer. The structure of the measurement transducer is considered. In waveguides with two slots the intensity of propagating optical radiation in the slot region is higher than in single slot waveguides. The values of optimal slot width and separation are determined, which make it possible to achieve the maximal transducer sensitivity. The measurement transducer allows measuring the alternating electric fields with the frequency from 0 to 10 GHz in the range from 150 to 16·106 V/m with the resolution up to 150 V/m due to using the active organic polymer SEO125 and double slot waveguide. The measurement transducer can be applied for detecting the high-frequency waves electromagnetic pulses, analyses of external electromagnetic interference and diagnosis of high-frequency electronic circuits.

кольцевой микрорезонаторщелевой волноводизмерительный преобразовательэлектрооптический полимерэффективный показатель преломлениянапряжённость электрического поляring microresonatorslot waveguidemeasurement transducerelectro-optic polymereffective indexelectric field intensityReferencesBieler M., Hein G., Pierz K., Siegner U., Koch M., Applied Physics Letters, 2005, vol. 87, no. 4, pp. 042102–042104. https://doi.org/10.1063/1.2000333Bieler M., Hein G., Pierz K., Siegner U., Koch M., Applied Physics Letters, 2005, vol. 87, no. 4, pp. 042102–042104. https://doi.org/10.1063/1.2000333Chunyang Han, Fangxing Lv, Chen Sun, and Hui Ding, Optics Letters, 2015, vol. 40, no. 16, pp. 3683–3686. https://doi.org/10.1364/OL.40.003683Chunyang Han, Fangxing Lv, Chen Sun, and Hui Ding, Optics Letters, 2015, vol. 40, no. 16, pp. 3683–3686. https://doi.org/10.1364/OL.40.003683Pfeifer T., Heiliger H.-M., Loffl er T., Ohlhoff C., Meyer C., Lupke G., Roskos H. G., Kurz H., IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 1996, vol. 2, no. 3, pp. 586–604. https://doi.org/10.1109/2944.571758Pfeifer T., Heiliger H.-M., Loffl er T., Ohlhoff C., Meyer C., Lupke G., Roskos H. G., Kurz H., IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 1996, vol. 2, no. 3, pp. 586–604. https://doi.org/10.1109/2944.571758Bottauscio O., Chiampi M., Crotti G., Giordano D., Wang W., Zilberti L., IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2013, vol. 62, no. 1, pp. 1436–1442. https://doi.org/10.1109/TIM.2012.2230812Bottauscio O., Chiampi M., Crotti G., Giordano D., Wang W., Zilberti L., IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2013, vol. 62, no. 1, pp. 1436–1442. https://doi.org/10.1109/TIM.2012.2230812Passaro V. M. N., Dell’Olio F., De Leonardis F., Progress in Quantum Electronics, 2006, vol. 30, no. 2–3, pp. 45–73. https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2006.08.001Passaro V. M. N., Dell’Olio F., De Leonardis F., Progress in Quantum Electronics, 2006, vol. 30, no. 2–3, pp. 45–73. https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2006.08.001Ilchenko V. S., Savchenkov A. A., Matsko A. B., Maleki L., IEEE Photonics Technology Letters, 2002, vol. 14, no. 11, pp. 1602– 1604. https://doi.org/10.1109/LPT.2002.803916Ilchenko V. S., Savchenkov A. A., Matsko A. B., Maleki L., IEEE Photonics Technology Letters, 2002, vol. 14, no. 11, pp. 1602– 1604. https://doi.org/10.1109/LPT.2002.803916Yong Zhao, Ya-nan Zhang, Ri-qing Lv, Jin Li, Journal of Lightwave Technology, 2017, vol. 35, no. 16, pp. 3440–3446. https://doi.org/10.1109/JLT.2016.2576500Yong Zhao, Ya-nan Zhang, Ri-qing Lv, Jin Li, Journal of Lightwave Technology, 2017, vol. 35, no. 16, pp. 3440–3446. https://doi.org/10.1109/JLT.2016.2576500Musab A. M. Al-Tarawni, A. Ashrif A. Bakar, Ahmad Rifqi Md Zain, Mou’ad A. Tarawneh, Sahrim Hj. Ahmad, Optical Engineering, 2017, vol. 56, no. 10, 107105. https://doi.org/10.1117/1.OE.56.10.107105Musab A. M. Al-Tarawni, A. Ashrif A. Bakar, Ahmad Rifqi Md Zain, Mou’ad A. Tarawneh, Sahrim Hj. Ahmad, Optical Engineering, 2017, vol. 56, no. 10, 107105. https://doi.org/10.1117/1.OE.56.10.107105Zhang X., Hosseini A., Subbaraman H., Wang S., Zhan Q., Luo J., Jen A. K.-Y., Chen R. T., Journal of Lightwave Technology, 2014, vol. 32, no. 20, pp. 3774–3784. https://doi.org/10.1109/JLT.2014.2319152Zhang X., Hosseini A., Subbaraman H., Wang S., Zhan Q., Luo J., Jen A. K.-Y., Chen R. T., Journal of Lightwave Technology, 2014, vol. 32, no. 20, pp. 3774–3784. https://doi.org/10.1109/JLT.2014.2319152Zhang J., Chen F., Sun B., IEEE Photonics Technology Letters, 2014, vol. 26, no. 3, pp. 275–277. https://doi.org/10.1109/LPT.2013.2292567Zhang J., Chen F., Sun B., IEEE Photonics Technology Letters, 2014, vol. 26, no. 3, pp. 275–277. https://doi.org/10.1109/LPT.2013.2292567Park D. H., Pagan V. R., Murphy T. E., Luo J., Jen A. K.-Y., Herman W. N., Optics Express, 2015, vol. 23, no. 7, pp. 9464– 9476. https://doi.org/10.1364/OE.23.009464Park D. H., Pagan V. R., Murphy T. E., Luo J., Jen A. K.-Y., Herman W. N., Optics Express, 2015, vol. 23, no. 7, pp. 9464– 9476. https://doi.org/10.1364/OE.23.009464Tajima K., Kobayashi R., Kuwabara N., Tokuda M., Development of Optical Isotropic E-Field Sensor Operating More than 10 GHz Using Mach-Zehnder Interferometers, IEICE Transactions on Electronics, 2002, vol. E85C, no. 4, pp. 961–968.Tajima K., Kobayashi R., Kuwabara N., Tokuda M., Development of Optical Isotropic E-Field Sensor Operating More than 10 GHz Using Mach-Zehnder Interferometers, IEICE Transactions on Electronics, 2002, vol. E85C, no. 4, pp. 961–968.Chen L., Reano R. M., Optics Express, 2012, vol. 20, no. 4, pp. 4032–4038. https://doi.org/10.1364/OE.20.004032Chen L., Reano R. M., Optics Express, 2012, vol. 20, no. 4, pp. 4032–4038. https://doi.org/10.1364/OE.20.004032Гончаренко И. А., Рябцев В. Н. Измерение напряжённости электрических полей с помощью кольцевых резонаторов на базе щелевых волноводов с жидкокристаллическим заполнением // Измерительная техника. 2018. № 1. С. 41–45. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2018-1-41-45Goncharenko I. A., Ryabtsev V. N., Measurement Techniques, 2018, vol. 61, pp. 55–61. https://doi.org/10.1007/s11018-018-1387-4Гончаренко И. А., Рябцев В. Н., Ильюшонок А. В., Навроцкий О. Д. Датчик напряженности высокочастотных электрических полей на основе щелевых волноводов с заполнением электрооптическим полимером // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. 2020. Т. 4, № 4. С. 378–388. https://doi.org/10.33408/2519-237X.2020.4-4.378Goncharenko I. A., Reabtsev V. N., Il’yushonok A. V., Navrotskiy O. D., Journal of Civil Protection, 2020, vol. 4, no. 4, pp. 378–388. (In Russ.) https://doi.org/10.33408/2519-237X.2020.4-4.378Seng F., Yang Z., King R., Shumway L., Stan N., Hammond A., Warnick K. F., Schultz S., Applied Optics, 2017, vol. 56, no. 17, pp. 4911–4916. https://doi.org/10.1364/AO.56.004911Seng F., Yang Z., King R., Shumway L., Stan N., Hammond A., Warnick K. F., Schultz S., Applied Optics, 2017, vol. 56, no. 17, pp. 4911–4916. https://doi.org/10.1364/AO.56.004911Goncharenko I. A. Esman A. K., Kuleshov V. K., Pilipovich V. A., Optics Communications, 2006, vol. 257, no. 1, pp. 54– 61. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2005.07.024Goncharenko I. A. Esman A. K., Kuleshov V. K., Pilipovich V. A., Optics Communications, 2006, vol. 257, no. 1, pp. 54– 61. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2005.07.024Lin C.-Y., Wang A. X., Lee B. S., Zhang X., Chen R. T., Optics Express, 2011, vol. 19, no. 18, pp. 17372–17377. https://doi.org/10.1364/OE.19.017372Lin C.-Y., Wang A. X., Lee B. S., Zhang X., Chen R. T., Optics Express, 2011, vol. 19, no. 18, pp. 17372–17377. https://doi.org/10.1364/OE.19.017372Pregla R., Journal of Lightwave Technology, 1996, vol. 14, no. 4, pp. 634–639. https://doi.org/10.1109/50.491403Pregla R., Journal of Lightwave Technology, 1996, vol. 14, no. 4, pp. 634–639. https://doi.org/10.1109/50.491403Goncharenko I. A., Helfert S. F., Pregla R., International Journal of Electronics and Communications (AEÜ), 2005, vol. 59, no. 3, pp. 185–191. https://doi.org/10.1016/j.aeue.2004.11.012Goncharenko I. A., Helfert S. F., Pregla R., International Journal of Electronics and Communications (AEÜ), 2005, vol. 59, no. 3, pp. 185–191. https://doi.org/10.1016/j.aeue.2004.11.012Гончаренко И. А., Ильюшонок А. В., Рябцев В. Н. Датчик напряженности высокочастотных электрических полей на основе оптических волноводов с несколькими щелями // Материалы 13-й Международной научно-технической конференции «Приборостроение-2020», Минск, Республика Беларусь, 18–20 ноября 2020. Минск: БНТУ, 2020. С. 28–30.Goncharenko I. A., Il’yushonok A. V., Ryabtsev V. N., Sensor of the Intensity of High-Frequency Electric Fields on the Base of Multi-Slot Optical Waveguides, Proceedings of 13 International Scientifi c and Technical Conference “Instrumentation-2020”, Minsk, Republic of Belarus, November, 18–20, 2020, Minsk, BNTU, 2020, pp. 28–30. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.