Vectorial measurement of microwave electric fields and temperature using pigtailed electro-optic transducer

Mesure vectorielle de champs électriques microondes et de température par transducteurs électro-optiques

Maxime Bernier (1)

1 IMEP-LAHC - Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique - Laboratoire d'Hyperfréquences et Caractérisation

Refractive indices of electro-optic (EO) crystals (e.g. LiTaO3) have the particularity to be linearly dependent, via the Pockels' effect, on the magnitude of a unique component of an applied electric field. This nonlinear property makes those crystals good candidates to develop fully-dielectric made probes dedicated to non-invasive vectorial E-field measurements, as long as the E-field to be measured is strong enough. The poor sensitivity of those probes can be improved of several orders of magnitude using a Fabry-Pérot cavity. Unfortunately, the optical properties of the EO crystals depend also on the temperature involving temporal instability of the EO response of the probe under outdoor conditions.
The EO transducer developed within the IMEP-LAHC laboratory, in association with the centre d'étude de Gramat, and described in this report, has permitted to perform the first simultaneous measurements of one E-field component and temperature with an accuracy of about 40 mK during several minutes under drastic experimental conditions. The EO transducer has a flat response over a bandwidth from quasi DC to 16 GHz, a spatial resolution of about 100 microns and selectivity better than 25 dB.

Les cristaux électro-optiques (EO) comme le LiTaO3, présentent un indice de réfraction qui dépend linéairement, via l'effet Pockels, de l'amplitude d'une composante unique du champ électrique qui lui est appliqué, propriété qui permet de les utiliser comme détecteurs entièrement diélectriques, dédiés à la mesure vectorielle et non perturbative de champs électriques. Comme cette propriété est due à des effets non-linéaires, ces sondes EO possèdent des sensibilités (champ minimum mesurable) intrinsèquement faibles. Des sondes EO basées sur la modulation d'amplitude, utilisant une cavité Fabry-Pérot, permettent néanmoins d'améliorer cette sensibilité de plusieurs ordres de grandeur. Malheureusement les propriétés optiques de ces cristaux dépendent également de la température, engendrant une instabilité temporelle de la réponse EO de la sonde pour des mesures dites de «terrain».
Le système développé au sein de l'IMEP-LAHC, en collaboration avec le centre d'étude de Gramat, et presenté dans ce manuscrit, a permis d'aboutir à la première mesure simultanée d'une composante du champ électrique et de la température avec une précision de l'ordre de 40 mK, et ce pendant plusieurs minutes dans des conditions expérimentales drastiques. Ce transducteur EO présente une réponse plate sur une bande spectrale allant du quasi DC à 16 GHz, une résolution spatiale d'une centaine de micron et une sélectivité supérieure à 25 dB.

Mots clés: guided optic; polarisation state; servo controlled system; Fabry-Pérot cavity; electro-optic effect; non linear optic; Microwave E-field probe

Mots clés: Capteur de champ électrique hyperfréquence; Effet électro-optique; Optique non linéaire; Optique guidée; Etat de polarisation; Système d'asservissement; Cavité Fabry-Pérot

Domaines: Autre

Maxime Bernier. Mesure vectorielle de champs électriques microondes et de température par transducteurs électro-optiques. Autre. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00374590⟩