Caractérisation de champs électriques hyperfréquences par capteurs électro-optiques vectoriels fibrés

Vectorial pigtailed electro-optic sensors for microwave electric fields characterization

• Auteur / Autrice : Gwenaël Gaborit
• Direction : Lionel Duvillaret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique, optoélectronique et micro-ondes
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Chambéry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micro-ondes

Capteurs (technologie)

Champs électriques

Résumé

Les champs électriques hyperfréquences guidés ou rayonnés sont couramment caractérisés avec des sondes métalliques ou des antennes. Ces techniques de mesures présentent d'importantes limitations : une bande de fréquence relativement étroite, une faible résolution spatiale et une perturbation significative du signal à mesurer. Les capteurs électro-optiques (EO) fibrés développés dans cette thèse sont complètement diélectriques, minimisant ainsi la perturbation induite sur la mesure. Ils sont basés sur l'effet Pockels, lequel consiste en une modification des indices de réfraction d'un cristal EO induite par un champ électrique. Nous avons utilisé la modulation d'état de polarisation et d'amplitude induite par le champ sur un faisceau laser pour exploiter cet effet. La résolution spatiale transverse de ces capteurs dépend de la forme du faisceau à l'intérieur du cristal et peut atteindre 10 mm. La sélectivité aux composantes du champ est directement liée aux modifications des axes diélectriques propres du cristal. Alors qu'un cristal anisotrope (LiTaO3 ou DAST) a permis de mesurer vectoriellement une composante du champ électrique avec une sélectivité supérieure à 46 dB, un cristal isotrope (ZnTe) a permis une caractérisation simultanée des deux composantes du champ avec un seul cristal et un seul faisceau sonde. Nous avons ainsi validé les avantages inhérents à la caractérisation de champs électriques hyperfréquences par capteur EO comparativement aux techniques telles que les antennes, les bolomètres, la thermographie infrarouge,. . .

Microwave guided or radiated electric (E) fields are usually characterized using metallic probes or dipole antennas. This kind of measurement presents important limitations: a relatively narrow frequency bandwidth, a quite low spatial resolution and a significant disturbance of the signal to be measured. In this PhD Thesis, the developed pigtailed electro-optic (EO) sensors are fully dielectric, thug minimizing the perturbation induced on the signal to be measured. They are based on the Pockels' effect which consists in a modification of the refractive indices of an EO crystal induced by an applied E field. Finally, we have used two types of modulation in order to exploit the Pockels' effect : our pigtailed EO sensors are either based on polarization state modulation or on amplitude modulation. Their transversal spatial resolution depends on the shape of the laser beam inside the EO crystal and can be of the order of 10 j1,m. The selectivity to E field components is directly linked to the modification of the eigen dielectric axis of the EO crystal induced by the applied E field. While anisotropic crystals (e. G. LiTaO3 or DAST) allow us to measure one component of the E field (a selectivity of 46 dB has been reached), isotropic crystals (ZnTe) provide a simultaneous two-components E-field measurement using a single crystal and a single laser probe. We have demonstrated the advantages of E-field measurements using EO sensors compared to other techniques like antennas, bolometers, infrared thermography,. . .