RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Sistema innovativo non invasivo per la misura del campo elettromagnetico ad alta frequenza

Università di riferimento

Politecnico di BARI - ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA - BARI(BA)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Mario Nicola ARMENISE

Descrizione

L'attività dell'unità di ricerca del Politecnico di Bari sarà articolata in diverse fasi. Durante la prima fase saranno definite la configurazione geometrica del sensore, basata su una struttura Mach Zehnder, e le sue prestazioni in relazione all'applicazione specifica di monitoraggio ambientale e misure di compatibilità elettromagnetica. Questo tipo di sensore utilizza un modulatore elettro-ottico con configurazione interferometrica Mach Zehnder su niobato di litio con una risposta a banda molto larga che converte l'informazione legata all'intensità del campo elettromagnetico in modulazione istantanea del fascio laser. L'energia del laser è trasmessa attraverso una fibra ottica al modulatore. Il modulatore imprime la modulazione d'ampiezza ad un fascio laser, in proporzione all'ampiezza istantanea del campo elettromagnetico RF a cui il modulatore è esposto. Il fascio laser modulato in ampiezza è poi portato dal modulatore al fotorivelatore che converte il fascio ottico modulato in segnale elettrico che rappresenta, con un'opportuna calibrazione, l'ampiezza istantanea del campo RF.
Questa prima fase sarà svolta in collaborazione con le due unità dell'Università di Napoli I. Si tratterà infatti di studiare un adeguato sistema optoelettronico per il prelievo ed il trasferimento dei dati in camera anecoica con identificazione delle prestazioni massime ottenibili.
La seconda fase di attività riguarderà il progetto del sensore fotonico e comprenderà una prima sottofase 2A di studio e messa a punto del modello fisico del sensore ed una seconda sottofase 2B di progetto vero e proprio. In particolare, per quanto riguarda il modello del sensore, sarà studiata ed identificata la geometria Mach Zehnder più idonea, anche in relazione agli elettrodi, e l'orientazione del cristallo di niobato di litio su cui si andrà a fabbricare il dispositivo. Successivamente si ricaverà l'espressione analitica della funzione di trasferimento dell'intero sensore e si procederà alla sua implementazione al calcolatore allo scopo di derivare il comportamento del sensore nelle diverse condizioni operative e di individuare le variazioni delle prestazioni al variare di un singolo parametro fisico o di più parametri contemporaneamente.
La caratterizzazione ottica del sensore sarà eseguita utilizzando diversi algoritmi come il Metodo di Propagazione per Fasci ed il Metodo degli Elementi Finiti. I risultati numerici che saranno ottenuti dalle simulazioni in questa sottofase 2A costituiranno i dati necessari per procedere alla progettazione del sensore. Questa seconda sottofase 2B comprenderà la scelta della tecnica di fabbricazione delle guide in niobato di litio, la tecnica di deposizione degli elettrodi ed il dimensionamento di ciascun componente del sensore. Riguardo alla tecnica di fabbricazione delle guide la scelta potrà essere effettuata fra la diffusione termica di titanio in niobato di litio e lo scambio protonico che utilizza una mistura di acidi deboli come sorgente protonica. La scelta della tecnica di fabbricazione sarà effettuata dopo aver identificato la orientazione del cristallo in quanto, ad esempio, lo scambio protonico in cristalli di niobato di litio di taglio y produce danni superficiali con conseguente degradazione della qualità ottica delle guide. Inoltre, attenzione sarà dedicata anche all'esigenza di avere guide ottiche possibilmente monomodali e a mantenimento dello stato di polarizzazione. È appena necessario far notare che le guide in titanio diffuso sopportano entrambe le polarizzazioni TE e TM dell'onda elettromagnetica.
Riguardo al progetto degli elettrodi, sarà necessario innanzitutto effettuare lo studio dell'effetto elettroottico in relazione alla orientazione del cristallo di niobato di litio e, perciò, definire le migliori condizioni per sfruttare tale effetto. Inoltre, poiché gli elettrodi di pilotaggio del modulatore possono essi stessi costituire l'antenna sensibile al campo elettrico da misurare, sarà necessario eseguire il progetto a RF allo scopo di ottimizzare la sensibilità al campo esterno. Lo studio a RF sarà condotto in collaborazione con l'unità di Napoli I. Dopo aver completato lo studio delle guide ottiche e degli elettrodi si passerà al dimensionamento dell'intero dispositivo.
L'attività dell'unità di ricerca di Bari comprenderà anche una collaborazione stretta con l'unità di ricerca di Palermo per la realizzazione del prototipo di sensore.