izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"izmertech-27Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSИзмерение напряжённости электрических полей с помощью кольцевых резонаторов на базе щелевых волноводов с жидкокристаллическим заполнениемГончаренкоИ. А.noemail@neicon.ruРябцевВ. Н.v.reabtsev@gmail.comУниверситет гражданской защиты МЧС БеларусиRussian Federation201807022023014145Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/27

Рассмотрены принципы функционирования оптического датчика внешнего электрического поля на основе кольцевых микрорезонаторов. Микрорезонаторы базируются на полосковых волноводах с вертикальными и горизонтальными щелями, заполненными жидкокристаллическим материалом. Методом линий рассчитаны постоянные распространения и распределения полей мод указанных волноводов. Проанализировано влияние ширины и положения щелей волноводов и радиуса микрорезонаторов на чувствительность датчика.

In the paper the operation principles of the external electric field sensor based on ring microresonators are described. Microresonators are based on stripline vertical and horizontal slots waveguides with liquid crystal filling. The mode field distribution and dispersion parameters are calculated by using algorithm оn the base the Method of Line. Sensor sensitivity depending on waveguides and microresonators (slot width and position, microresonator radius) structure is analyzed.

кольцевой микрорезонаторщелевой волноводоптический датчикжидкокристаллический материалэффективный показатель преломлениянапряжённость электрического поляring microresonatorslot waveguideoptical sensorliquid crystaleffective indexelectric field intensityReferencesPassaro V.M.N., Dell’Olio F., De Leonardis F. Electromagnetic field photonic sensors // Progress in Quantum Electronics. 2006. V. 30. P. 45-73.Passaro V.M.N., Dell’Olio F., De Leonardis F. Electromagnetic field photonic sensors // Progress in Quantum Electronics. 2006. V. 30. P. 45-73.Li C., Yoshino T. Optical voltage sensor based on electrooptic crystal multiplier // J. Lightwave Technol. 2002. V. 20. P. 843-849.Li C., Yoshino T. Optical voltage sensor based on electrooptic crystal multiplier // J. Lightwave Technol. 2002. V. 20. P. 843-849.Gutiérrez-Martinez C., Santos-Aguilar J., Ochoa-Valiente R. An all-fiber and integrated optics electric field sensing scheme using matched optical delays and coherence modulation of light // Meas. Sci. Technol. 2007. V. 18. P. 3223-3229.Gutiérrez-Martinez C., Santos-Aguilar J., Ochoa-Valiente R. An all-fiber and integrated optics electric field sensing scheme using matched optical delays and coherence modulation of light // Meas. Sci. Technol. 2007. V. 18. P. 3223-3229.Togo H., Kukutsu N., Shimizu N., Nagatsuma T. Sensitivity-stabilized fiber-mounted electrooptic probe for electric field mapping // J. Lightwave Technol. 2008. V. 26. P. 2700-2705.Togo H., Kukutsu N., Shimizu N., Nagatsuma T. Sensitivity-stabilized fiber-mounted electrooptic probe for electric field mapping // J. Lightwave Technol. 2008. V. 26. P. 2700-2705.Bernier M., Gaborit G., Duvillaret L., Paupert A., Lasserre J.L. Electric field and temperature measurement using ultra wide bandwidth pigtailed electro-optic probes // Appl. Opt. 2008. V. 47. P. 2470-2476.Bernier M., Gaborit G., Duvillaret L., Paupert A., Lasserre J.L. Electric field and temperature measurement using ultra wide bandwidth pigtailed electro-optic probes // Appl. Opt. 2008. V. 47. P. 2470-2476.Li C., Reano R. M. Compact electric field sensors based on indirect bonding of lithium niobate to silicon microrings // Opt. Express. 2012. V. 20. No. 4. P. 4032-4038.Li C., Reano R. M. Compact electric field sensors based on indirect bonding of lithium niobate to silicon microrings // Opt. Express. 2012. V. 20. No. 4. P. 4032-4038.Czapla A., Bock W. J., Wolinski T. R., Mikulic P., Nowinowski-Kruszelnicki E., Dabrowski R. Improving the electric field sensing capabilities of the long-period fiber grating coated with a liquid crystal layer // Opt. Express. 2016. V. 24. No. 5. P. 5662-5673.Czapla A., Bock W. J., Wolinski T. R., Mikulic P., Nowinowski-Kruszelnicki E., Dabrowski R. Improving the electric field sensing capabilities of the long-period fiber grating coated with a liquid crystal layer // Opt. Express. 2016. V. 24. No. 5. P. 5662-5673.Mathews S., Farrell G., Semenova Yu. Liquid crystal infiltrated photonic crystal fibers for electric field intensity measurements// Appl. Opt. 2011. V. 50. No. 17. P. 2628-2635.Mathews S., Farrell G., Semenova Yu. Liquid crystal infiltrated photonic crystal fibers for electric field intensity measurements// Appl. Opt. 2011. V. 50. No. 17. P. 2628-2635.Tefelska M., Wolinski T. R., Ertman S., Milenko K., Laczkowski R., Siarkowska A., Domanski A. W. Electric field sensing with photonic liquid crystal fibers based on microelectrodes systems // J. Lightwave Technol. 2015. V. 33. No. 12. P. 2405-2411.Tefelska M., Wolinski T. R., Ertman S., Milenko K., Laczkowski R., Siarkowska A., Domanski A. W. Electric field sensing with photonic liquid crystal fibers based on microelectrodes systems // J. Lightwave Technol. 2015. V. 33. No. 12. P. 2405-2411.Almeida V. R., Xu Q., Barrios C. A., Lipson M. Guiding and confining light in void nanostructure // Opt. Lett. 2004. V. 29. No. 11. P. 1209-1211.Almeida V. R., Xu Q., Barrios C. A., Lipson M. Guiding and confining light in void nanostructure // Opt. Lett. 2004. V. 29. No. 11. P. 1209-1211.Barrios C. A., Gylfason K. B., Sanchez B., Griol A., Sohlström H., Holgado M., Casquel R. Slot-waveguide biochemical sensor // Opt. Lett. 2007. V. 32. No. 21. P. 3080-3082.Barrios C. A., Gylfason K. B., Sanchez B., Griol A., Sohlström H., Holgado M., Casquel R. Slot-waveguide biochemical sensor // Opt. Lett. 2007. V. 32. No. 21. P. 3080-3082.Passaro V. M. N., Dell’Olio F., Casamassima B., De Leonardis F. Guided-wave optical biosensors // Sensors. 2007. V. 17. P. 508-536.Passaro V. M. N., Dell’Olio F., Casamassima B., De Leonardis F. Guided-wave optical biosensors // Sensors. 2007. V. 17. P. 508-536.Cheng N.-C., Ma Y.-F., Fu P.-H., Chin C.-C., Huang D.-W. Horizontal slot waveguides for polarization branching control // Appl. Opt. 2015. V. 54. No. 3. P. 436-443.Cheng N.-C., Ma Y.-F., Fu P.-H., Chin C.-C., Huang D.-W. Horizontal slot waveguides for polarization branching control // Appl. Opt. 2015. V. 54. No. 3. P. 436-443.Viphavakit C., Komodromos M., Themistos C., Mohammed W. S., Kalli K., Rahman B. M. A. Optimization of a horizontal slot waveguide biosensor to detect DNA hybridization // Appl. Opt. 2015. V. 54. No. 15. P. 4881-4888.Viphavakit C., Komodromos M., Themistos C., Mohammed W. S., Kalli K., Rahman B. M. A. Optimization of a horizontal slot waveguide biosensor to detect DNA hybridization // Appl. Opt. 2015. V. 54. No. 15. P. 4881-4888.Pfeifle J., Alloatti L., Freude W., Leuthold J., Koos C. Silicon-organic hybrid phase shifter based on a slot waveguide with a liquid-crystal cladding // Opt. Express. 2012. V. 20. No. 14. P. 15359-15376.Pfeifle J., Alloatti L., Freude W., Leuthold J., Koos C. Silicon-organic hybrid phase shifter based on a slot waveguide with a liquid-crystal cladding // Opt. Express. 2012. V. 20. No. 14. P. 15359-15376.Гончаренко И. А., Киреенко В. П. Датчик температуры на основе щелевого волновода с жидкокристаллическим заполнением // Измерительная техника. 2013. № 5. С. 27-30.Гончаренко И. А., Киреенко В. П. Датчик температуры на основе щелевого волновода с жидкокристаллическим заполнением // Измерительная техника. 2013. № 5. С. 27-30.Goncharenko I. A., Kireenko V. P., Marciniak M. Optimizing the structure of optical temperature sensors on the base of slot and double-slot ring waveguides with liquid crystal filling // Opt. Eng. 2013. V. 53. No. 7. P. 071802-1-071802-9.Goncharenko I. A., Kireenko V. P., Marciniak M. Optimizing the structure of optical temperature sensors on the base of slot and double-slot ring waveguides with liquid crystal filling // Opt. Eng. 2013. V. 53. No. 7. P. 071802-1-071802-9.Melnikova E. A. Theoretical modeling of orientation effects in liquid crystal layers // Proc. SPIE: 10th Intern. Conf. Nonlinear Optics of Liquid and Photorefractive Crystals (Alushta, 2004). 2005. V. 6023. P. 0D-1-0D-5.Melnikova E. A. Theoretical modeling of orientation effects in liquid crystal layers // Proc. SPIE: 10th Intern. Conf. Nonlinear Optics of Liquid and Photorefractive Crystals (Alushta, 2004). 2005. V. 6023. P. 0D-1-0D-5.Pregla R. The method of lines for the analysis of dielectric waveguide bends // J. Lightwave Technol. 1996. V. 14. No. 4. P. 634-639.Pregla R. The method of lines for the analysis of dielectric waveguide bends // J. Lightwave Technol. 1996. V. 14. No. 4. P. 634-639.Goncharenko I. A., Helfert S. F., Pregla R. Radiation loss and mode field distribution in curved holey fibers // Intern. J. Electronics and Communications. 2005. V. 59. No. 3. P. 185-191.Goncharenko I. A., Helfert S. F., Pregla R. Radiation loss and mode field distribution in curved holey fibers // Intern. J. Electronics and Communications. 2005. V. 59. No. 3. P. 185-191.Гончаренко И. А., Конойко А. И., Поликанин А. М. Датчик концентрации жидкостей на основе щелевых волноводных микрорезонаторов // Измерительная техника. 2010. № 5. С. 66-69.Гончаренко И. А., Конойко А. И., Поликанин А. М. Датчик концентрации жидкостей на основе щелевых волноводных микрорезонаторов // Измерительная техника. 2010. № 5. С. 66-69.

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