ВведениеМощные микроволновые и электромагнитные импульсы на судах вызывают серьезные опасения по поводу безопасности и надежности электронного оборудования [1–5]. Эти импульсы наблюдаются при применении электромагнитного оружия во время учений военных многих стран мира. Оружие спроектировано для генерации коротких мощных высокочастотных импульсов, способных взаимодействовать с проводящими линиями в электронике и индуцировать большие переходные токи для разрушения чувствительных схем и полупроводниковых устройств. Атака с применением подобного оружия может быстро вывести из строя системы связи, базы данных, системы управления, системы навигации и т. д. Для защиты электроники от такого рода оружия была разработана металлическая защита. Чтобы лучше понять эффективность данного оружия для экранированных электронных схем, необходимы датчики для измерения высокочастотных высокоэнергетических импульсов в непосредственной близости от схемы внутри экранирования без воздействия на электронику, экранирование или значительного изменения полей в пределах цели. Уже разработаны небольшие датчики электрического поля, которые можно разместить внутри металлической защиты для измерения электрических полей [6]. Датчик электрического поля может определить, какая часть поля проникает в экран. Однако электрическое поле внутри экрана не является конечной целью, т. к. ток, наведенный в электронных схемах, разрушит электронику. Датчик магнитного поля может определять ток в проводе путем измерения сопутствующего магнитного поля вокруг провода. Устройство с пластинчатым оптическим датчикомВ последние годы участились случаи «обесточивания судов» (Blackout) с полной потерей электроэнергии на судах [1], вызванные электрическими неисправностями в энергосистеме судна, которые не были своевременно устранены должным образом. Необходим целостный подход к мониторингу и защите электрооборудования судна. Устройство SCOS работает как оптический модулятор для обнаружения изменений показателя преломления. Данное устройство состоит из пластинчатого волновода и D-образного оптического волокна. За счет связи пластинчатый волновод взаимодействует с оптической мощностью в волокне. При выборе плиты, показатель преломления которой зависит от внешнего фактора, мощность, передаваемая через волокно, модулируется тем же внешним фактором.Базовое устройство SCOS состоит из магнитооптического пластинчатого волновода толщиной t, расположенного в непосредственной близости от сердцевины оптического волокна (рис. 1). Резонансная связь мод между пластинчатым волноводом и D-образным оптическим волокном формирует основу для измерения SCOS. Спектр пропускания SCOS состоит из множества периодических провалов передачи, соответствующих длине волн, где свет резонансно связан с оптическим волокном. Рисунок 2 иллюстрирует SCOS, где режимы в сочетании с волокном диспергированы в плите волновода, а соответствующие резонансные провалы наблюдаются в спектре пропускания.   Рис. 1. Базовое устройство SCOSFig. 1. Basic device SCOS   Рис. 2. Устройство SCOS, иллюстрирующее оптический вход в D-волокнои связанный пластинчатый волновод; передача SCOS с выхода D-волокна иллюстрируетрезонансные режимы; свободный спектральный диапазон – это интервал между последующими волнамиFig. 2. Device SCOS device showing D-fiber optical input and coupled plate waveguide; SCOS transmissionfrom D-fiber output illustrates resonant modes; free spectral range is the interval between subsequent waves  Резонансные всплески возникают на длинах волн, где эффективный показатель парности волокна совпадает с одной из пар в пластинчатом волноводе. Для толстой пластины в парном режиме более высокого порядка эффективный показатель m-й пластины совпадает с показателем волокна, когда длина волны задается выражением                                                     где t и n0 – толщина и показатель преломления материала покрытия соответственно; Nf – показатель пластины волокна (1,451 для D-волокна при λ = 1 550 нм); m – номер пластины.При изменении внешнего фактора изменяется показатель преломления пластины, спектральное положение провалов пропускания также смещается. Обнаружение изменения высокой частоты в n0 требует отслеживания соответствующих изменений передаваемой мощности на средней резонансной длине волны. Это включает зондирование на средней резонансной длине волны, где крутизна связи велика (рис. 3). Когда изменение в n0 вызывает сдвиг на ∆λ в спектре пропускания, выходной сигнал на средней резонансной длине волны модулируется ∆Τ.   Рис. 3. Небольшой сдвиг в длине волны вызывает заметное изменениевыходной мощности передачи для датчика SCOSFig. 3. Illustration of a small shift in wavelength causes a noticeable changein the transmit output power for a SCOS sensor  Чтобы связанный волновод мог работать как датчик магнитного поля, он должен испытывать изменение показателя преломления в зависимости от приложенного поля. Магнитооптический эффект Керра помогает количественно оценить изменение показателя в зависимости от магнитного поля H. Эффект Керра иллюстрирует, что гиротропные материалы можно классифицировать по их вектору электрогирации:                                                      где Х(m) – магнитооптическая восприимчивость. Если g (и, следовательно, H) направлены к z, тензор диэлектрической проницаемости в простейшем виде принимает вид:                                              где ε1 и ε2 – атрибуты материала. Недиагональные члены чувствительны к магнитному полю, если материал является диамагнитным или парамагнитным. Затем можно написать                                                         где f связано с постоянной Верде V; Hz является приложенным магнитным полем; f может быть                                                         где n – показатель преломления материала. В идеальном случае, если бы можно было в полной мере воспользоваться преимуществами надлежащих модальных изменений индекса в пластине, созданных магнитным полем, изменение индекса, созданное полем, можно было бы выразить как                                                         Изменение индекса вызовет сдвиг длины волны; чем больше константа Верде, тем больше сдвиг.Константы Верде многих магнитооптических материалов известны в инфракрасном диапазоне длин волн. Хотя его константа Верде – соотношение между V и вращением Фарадея – используется для расчета V для двухосевой установки при 1 550 нм. Постоянная V напрямую связана с вращением Фарадея β следующим образом:                                                        где µ – проницаемость (µ = µrµo); d – толщина.Чтобы измерить фарадеевское вращение образца, испытывают магнитооптический брусок толщиной 500 мкм (рис. 4); он находится между парой индукторов, соединенных последовательно электрически, на определенном расстоянии по оси, приблизительно равном радиусу обмотки катушки (формат катушки Гельмгольца). Эта конфигурация обеспечивает оптимальную однородность магнитного поля в средней точке разделения, сохраняя при этом отклонение менее 6 % в другом месте в пределах зазора между парой индукторов.    Рис. 4. Экспериментальная установка для определения постоянной ВердеFig. 4. Experimental unit for determining the Verde constant  Пара поляризатор/анализатор используется для преобразования вращения поляризации в изменение обнаруженной оптической интенсивности. Магнитное поле H в зазоре катушки Гельмгольца:                                                     где I – ток; R – радиус катушки индуктивности; n – количество витков в каждой катушке индуктивности. Измеренный угол поворота θ в зависимости от поля H проиллюстрирован на рис. 5.     Рис. 5. Измеренное вращение Фарадея в зависимости от приложенного поляFig. 5. Measured Faraday rotation in the relation to the field applied  С учетом измеренных значений вращение Фарадея составляет около 0,05 град/Э.  ЗаключениеВ настоящем исследовании рассмотрено устройство, которое можно применять при контроле крутящего момента двигателя либо судовой электроэнергетической системы. Технология SCOS использует преимущества высокочувствительного характера парной связи при отслеживании небольшого изменения индекса в материале плиты. Использование магнитооптической пластины корреляции между напряженностью магнитного поля и индексом пластины повышает эффективность устройства SCOS в качестве датчика магнитного поля.