The use of atomic sensor for measurements of high level electromagnetic waves

Abstract

Bu çalışmada ilk defa EMC/EMI testlerinde ve bilimsel çalışmalarda kullanılan çınlama odalarının yüksek elektromanyetik alan seviyelerinde deneysel olarak doğrulanamayan ve ancak istatistiksel yöntemlere dayalı olarak hesaplanabilen teorik elektrik alan değerinin lazer-atom-mikrodalga etkileşimine dayanan bir Cs atomik sensor kullanılarak deneysel olarak doğrulanması çalışılmıştır. İlk olarak çalışmada lazer ışını ile Cs atomik sensörünün D2 geçişinde 6S1/2 (F=3) ? 6P3/2 (F=3, 4, 5) enerji geçişleri taranmış, lazerin ışınının frekansı bu geçişlerden 6S1/2 (F=4) ? 6P3/2 (F=4) enerji geçişine kilitlenmiştir. Bu aşamadan sonra 6S1/2 (F=3)? 6S1/2 (F=4) enerji geçişine denk gelen 9,192 GHz frekansında mikrodalga alan ile DROR rezonansı gözlenmiş ve DC manyetik alan altında DROR rezonansının Zeeman ayrışması üretilmiştir. Atomik sensörün dinamik çalışma aralığını bulmak için kullanılacak olan 6S1/2 (F=3, mF=0) ? 6S1/2 (F=4, mF=0) ?-geçişinin Zeeman rezonansının ekranlı oda içinde 500 V/m ile 7.5 kV/m arasında horn anten ile uygulanan yüksek seviyeli elektromanyetik alana bağlı olarak bant genişliği ve genlik ölçümlerinin değişimi araştırılmıştır. Daha sonra atomik sensör çınlama odası içerisine yerleştirilmiş, atomik geçişlerden elde edilen rezonansların çınlama odası içinde oluşturulan tümüyle homojen ve yönden bağımsız mikrodalga alan altındaki değişimleri incelenmiştir. Ölçümlerden elde edilen deneysel verilere dayanarak atomik sensörlerin yüksek seviyeli elektromanyetik alanların algılanmasında ve çınlama odaları içerisinde oluşturulan yüksek seviyeli mikrodalga alanların doğrulanmasında bir yöntem olarak kullanılması tartışılmıştır.In this study it has been worked, for the first time to experimentally verify the theoretical electrical field strength value of the reverberation chambers used for EMC/EMI tests and scientific studies at high levels of electromagnetic field, which cannot be verified experimentally but only calculated based on the statistical methods, by using a Cs atomic sensor based on the laser - atom - microwave interaction. Firstly, 6S1/2 (F=3) ? 6P3/2 (F=3, 4, 5) energy transitions of Cs atomic sensor were scanned during D2 line by using laser light and the laser frequency was locked on the 6S1/2 (F=4) ? 6P3/2 (F=4) energy transition among the transitions. After this stage, the DROR resonance was observed with the applying microwave field at 9,192 GHz frequency that corresponds to 6S1/2 (F=3) ? 6S1/2 (F=4) energy transition and the Zeeman splits of DROR resonance was observed under the DC magnetic field. The band width and amplitude measurement changes depending on the high level electromagnetic field applying with the horn antenna was investigated between 500 V/m and 7.5 kV/m within the anechoic chamber, of Zeeman resonance of 6S1/2 (F=3, mF=0) ? 6S1/2 (F=4, mF= 0) ?- transition, which is going to be used to find the dynamic operation range of the atomic sensor. Afterwards the atomic sensor was placed within the reverberation chamber and the changes of the resonances within the reverberation chamber obtained from the atomic transitions, which are completely homogeneous and direction-independent, were investigated under the microwave field. Based on the experimental data obtained from the measurements, it has been discussed to use atomic sensors to sensing high level electromagnetic fields and to verify the high level microwave fields generated within reverberation chambers.