Оптоэлектронное устройство для измерения напряженности электрического поля и напряжения Советский патент 1987 года по МПК G01R13/40 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области создания оптоэлектронных устройств для измерения напряженности электрического поля и напряжения.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона за счет расширения области равномерности амплитудно- частотной характеристики, повышение чувствительности устройства для из- мерения напряженности злектрическо- го поля и напряжения.

На чертеже приведена структурная схема оптоэлектронного устройства для измерения напряженности электрического поля и напряжения.

Схема включает источник 1 монохроматического света, модулирующий элемент 2, выполненный из электрооптического монокристалла с сформированной в нем регулярной Доменной структурой, состоящей из плоских доменов. Оси доменов ориентированы навстречу друг другу и направлены параллельно главной оптической оси кристалла. Свет распространяется перпендикулярно оптической оси параллельно плоскостям доменов. На две противоположные, грани модулирующего элемента, перпендикулярные осям

доменов.

нанесены плоские электроды 3. После модулирующего элемента размещена диафрагма 4, центр которой совпадает с осью светового пучка Диафрагма располагается на таком расстоянии от модулирующего элемента, что через нее проходит только нулевой дифракционный максимум, в котором сосредоточено 90% излучения Интенсивность света, прошедшего через диафрагму, регистрируется фотоприемником 5.

Устройство работает следующим образом.

Свет от источника 1 монохроматического излучения проходит через модулирующий элемент 2 с сформированной 3 нем регулярной доменной структурой и через- диафрагму 4 поступает на фотоприемник 5. Модулирующий элемент помещается в измеряемое электрическое поле, в результате чего на электродах 3 появляется наведенное электрическое напряжение (измеритель напряженности электрического поля), или электроды 3 электрически соединяются с источником измеряемого напряжения (измеритель электрического напряжения). Под действием напряже

5

0

5

0 :

НИН, приложенного к электродам или наведенного на них, происходит изменение показателя- преломления 3 п в электрооптическом материале модулирующего элемента. Так как оси со.сед- них доменов направлены навстречу друг другу, то изменения показателя преломления в соседних доменах имeюt разные знаки. В результате модулирующий элемент представляет дифракционную решетку для проходящего через нее света с периодом d и амплитудой изменения показателя преломления соседних доменов 2-йп,

Отклонение амплитудно-частотной характеристики от равномерной происходит на нижней частоте пьезорезо- нанса, которая определяется зависимостью , где S - скорость звука в кристалле; d - характерный размер. Для определенного устройства d - период доменной структуры и составляет 20-60 мкм, что много меньше толщины используемых в известном устройстве кристаллов, для которых d не менее диаметра светового пучка и составляет порядка I мм.

Согласно теории дифракции Рамана- Ната интенсивность нулевого дифракционного максимума пропорционально квадрату функции Бесселя нулевого порядка УО(Г), гдеГ --

/1

Д - длина волны света; Р - длина пути света в кристалле; j п - изменение показателя преломления кристалла под действием приложенного поля,

В известном устройстве изменение интенсивности света происходит проt Г порционально cos -- . Из сравнения

следует, что изменение интенсивности света при изменении Г на одинаковую величину для предлагаемого устройства больше, что свидетельствует и о большей чувствительности. Поскольку устройство работает в дифракционном режиме, то в нем может использоваться неполяризованный свет и, соответственно, отпадает необходимость в наличии поляризатора и анализатора. Это позволяет избавиться от соответствующих потерь света.

5

0

5

0

55 Формула изобретения

Оптоэлектронное устройство для измерения напряженности электрического поля и напряжения, содержащее источник монохроматического света и фотоприемник, между которыми вдоль оптической оси светового пучка расположен модулирующий элемеит с нанесенными на две его противоположные грани плоскими электродами, отличающееся тем, что, с целью повьшения чувствительности, расширения частотного диапазона за счет расширения области равномерности амплитудно-частотной характеристики, модулирующий элемент выполнен из электрооптического монокристалла, в котором сформирована регулярная доменная структура с осями доменов, перпендикулярными плоскостям электродов, и

Составитель В.Степанкин Редактор М.Петрова Техред В.Кадар

3384/41

Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

расположен так, что ось светового пучка параллельна плоскостям доменной структуры, а между модулирующим элементом и приемником света расположена диафрагма с отверстием, диаметр которого равен диаметру светового пучка, а центр совпадает с егот осью, при этом диафрагма удалена от модулирующего элемента на расстояние, определяемое-условием

- Ad

,

где А - диаметр светового пучка;

d - период доменной структуры; - дпина волны света.

Корректор В.Бутяга

Изобретение может быть использовано при создании оптоэлектронных устройств для измерения напряженности электрического поля и напряжения. Устройство содержитисточник 1 монохроматического света, модулирующий элемент 2, выполненный из электрооптического монокристалла со сформированной на нем регулярной доменной структурой, состоящей из плоских доменов, оси которых ориентированы навстречу друг другу и направлены параллельно главной оптической оси, параллельно плоскостям доменов. На противоположные грани модулирующего элемента перпендикулярно осям доменов нанесены плоские электроды 3. После модулирующего элемента размещена диафрагма 4, центр которой совпадает с осью светового пучка. Через диафрагму проходит только нулевой дифракционный максимум, в котором сосредоточено 90% излучения. Интенсив- . ность света, прошедшего через диа - , , фрагму, регистрируется фотоприемниг ком 5. Устройство обеспечивает расширение частотного диапазона измерений, а также повышение чувствительности при измерении напряженности электрического поля и напряжения. 1 ил. i (Л