ДАТЧИК СВЧ-ПОЛЯ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в качестве датчика в устройствах для исследования амплитудно-временных характеристик СВЧ-излучения высокой амплитуды ГГц диапазона.
Известен чувствительный элемент (патент РФ №2121147, МПК G01R 15/24 от 20.02.1993) для измерения электрических напряжений или напряженностей электрического поляпри применении появляющегося в кристалле электрооптического эффекта, выполненного с возможностью пропускания поляризованной световой волны через кристалл и изменения по ходу света напряженности поля в кристалле и тем самым показателя преломления кристалла посредством последовательно противолежащих поверхностей электродов, проходящих параллельно к ходу света и присоединенных к напряжению или потенциалу, в соответствии с приложенной к ним разностью напряжений или потенциалов и использования изменения световой волны, создаваемого изменением показателя преломления, в качестве меры для подаваемого на электроды напряжения или потенциала, при этом он содержит имеющий форму пластинки кристалл, поверхности которого расположены в направлении плоскости, образованной осями X и Y, а толщина которого расположена в направлении оси Z, причем на поверхности пластинок кристалла расположены попарно противолежащие друг другу, полосообразные и параллельные друг другу электроды, расположенные на расстоянии друг от друга в направлении оси Y или X, при этом соответственно диагонально противолежащие друг другу электроды электропроводяще соединены между собой, а соответственно противолежащие друг другу торцевые поверхности кристалла в направлении оси Y или X являются местом ввода или отвода, причем кристалл состоит из ниобата лития.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является известный датчик СВЧ-поля (M. Bernier, G. Gaborit, L. Duvillaret, A. Paupert and J.-L. Lasserre "Electric field and temperature measurement using ultra wide bandwidth pigtailed electro-optic probes", Appl. Opt., vol. 47, pp. 2470-2476, 2008 г.), содержащий световод, Grin lens - линзу с градиентным показателем преломления для коллимации света, падающего из световодное волокно на электрооптический кристалл (EO crystal), и для заведения отраженного света обратно в оптоволокно, Quarter wave plate - четвертьволновую пластинку для преобразования линейнополяризованного света в циркулярно поляризованный. В этом устройстве для преобразования электрического поля в разность фаз ортогональных поляризаций оптического поля используется электрооптический кристалл из танталата лития LiTaO3.
Недостатком известных чувствительных элементов - датчиков СВЧ-поля является сложность конструкции, обусловленная большим количеством функциональных элементов, а также сложность технологии, обусловленная необходимостью соблюдения высокой точности при изготовлении, что касается осевых сдвигов при сборке (несоосности) и к азимутальным углам поворота элементов, из-за которых сильно меняется траектория прохождения светового пучка и снижается чувствительность датчика. Сборка конструкций известных датчиков является многоэтапной (из-за большого количества элементов) с контролем качества сборки на каждом этапе, что увеличивает время их изготовления.
Технический результат, заключающийся в устранении отмеченных недостатков, а именно - в упрощении конструкции и повышении чувствительности и надежности, достигается в датчике СВЧ-поля, содержащем линзу, выполненную из электрооптического кристалла, оптически связанного с установленным на одной оптической оси световодом для передачи прямого и отраженного света, тем, что в нем линза из электрооптического кристалла выполнена с шаровидной формой из арсенида галлия GaAs, при этом конечный участок световода расположен в керамической или стеклянной ферруле, скрепленной с шаровидной линзой посредством охватывающей их диэлектрической трубки, причем крайняя точка внутренней поверхности шаровидной линзы расположена на расстоянии 1.45R от выходного торца световода с обеспечением автоколлимации отраженного света в световод.
Указанный технический результат достигается также тем, что на внешнюю полусферическую поверхность шаровидной линзы нанесено диэлектрическое зеркало с обеспечением увеличенного количества отраженного света.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором показана конструкция предлагаемого технического решения.
Предлагаемый датчик содержит линзу 1, выполненную из электрооптического кристалла с шаровидной формой из арсенида галлия GaAs, оптически связанного с установленным на одной оптической оси световодом 2 для передачи прямого и отраженного света.
Конечный участок световода 2 расположен в керамической или стеклянной ферруле 3, скрепленной с шаровидной линзой 1 посредством охватывающей их диэлектрической трубки 4.
Феррулы (керамические или стеклянные наконечники) применяются при оконцовке оптических шнуров и волокон различных типов, а также выводов оптических устройств (http://www.prointech.ru/catalog/passive/opticheskie-konnektory.html).
Феррулы могут изготавливаться из диоксида циркония и обладают повышенной стойкостью к истиранию и царапинам.
Крайняя точка 5 внутренней поверхности 6 шаровидной линзы 1 расположена на расстоянии 1,45R от выходного торца световода 2 с обеспечением автоколлимации отраженного света в световод.
На внешнюю полусферическую поверхность шаровидной линзы 1 нанесено диэлектрическое зеркало 7 с обеспечением увеличенного количества отраженного света.
Предлагаемый СВЧ-датчик работает следующим образом.
Поляризованный лазерный пучок света 8 с длиной волны 1550 нм поступает на вход световода 2 и распространяется по световоду с сохранением поляризации.
С торца световода 2, оконцованного керамической или стеклянной феррулой 3, свет излучается под углами, соответствующими числовой апертуре оптоволокна световода. Далее свет падает на шаровую линзу 1 радиуса R, изготовленную из арсенида галлия, причем поляризация света совпадает с кристаллографической осью кристалла [111]. Поскольку крайняя точка 5 внутренней поверхности 6 линзы 1 расположена на расстоянии 1,45R от торца световода, осуществляется автоколлимация света обратно в световод 2. Для обеспечения жесткости конструкции феррула 3 и линза 4 скреплены друг с другом с помощью диэлектрической трубки 4.
При воздействии электректромагнитного СВЧ-поля 8 на шаровидную линзу 1 из GaAs благодаря линейному эффекту Поккельса меняется ее показатель преломления, а соответственно и фаза светового луча 9, отраженного в световод 2. Фаза, распространяющегося в световоде 2 в обратном направлении света 9, линейно промодулирована СВЧ-полем 10. Отраженный свет, содержащий информацию о параметрах СВЧ-излучения, поступает на анализатор (на чертеже не показан), с помощью которого определяются характеристики СВЧ-поля.
Практическое применение: измерение напряженности и временной формы СВЧ-импульсов напряженностью более 1 кВ/см.
Таким образом, предложенное техническое решения позволяет создать диэлектрический волоконный датчик СВЧ-поля большой амплитуды, простого в изготовлении и юстировке. Датчик изготавливается из дешевых и доступных компонентов и может быть многократно воспроизведен, что обуславливает его соответствие условию промышленной применимости.