A system which is capable of measuring strong (∼kV range) and fast (nanosecond range) electric fields in free space is proposed and developed. The sensor utilizes an electro-optic crystal, which reacts to electric fields and changes its refractive index to create birefringence. When a polarized laser beam is passed through the crystal, the birefringence changes the polarization of the laser beam, depending on the electric field strength felt by the crystal. The polarization change is measured by converting it into intensity modulation by the use of two orthogonal polarizers. Advantages of the sensor include fully dielectric components, small size for excellent resolution, and large bandwidth. However, one problem with using electro-optic crystals is the occurrence of piezoelectric ringing which create fluctuations when measuring fast and strong pulses. The use of neural network is investigated and its effectiveness is shown to reliably remove fluctuations from the measurement. The neural network is found to be highly effective in removing the piezoelectric fluctuations, while maintaining the original pulse shape. Pulses not included in the training data are also handled well, indicating good generalization of the network for real field applications. Comparison with the conventional method of handling piezoelectric ringing is also done to emphasize the superiority of the neural network method.
자유공간에서 나노초 범위에서 빠르게 변하며 kV단위의 강한 전기장을 측정할 수 있는 시스템을 제시하고 개발했다. 센서에는 전기장에 반응하여 굴절률이 변화해 복굴절을 일으키는 전기 광학 수정이 사용되었다. 편광 된 레이저가 수정을 통과할 때 수정이 느낀 전기장의 세기에 따라 복굴절에 의하여 레이저의 편광이 변화한다. 서로 직교하는 두 편광자와 강도 변조를 사용하여 편광차를 측정하였다. 구성성분 전부가 유전체이고 훌륭한 분해능에 넓은 대역폭을 가지는 것이 이 센서의 장점이다. 다만, 전기 광학 수정을 사용할 때는 압전기 진동에 의한 요동이 빠르고 세기가 강한 펄스를 측정할 때 나타난다는 문제점이 있다. 측정된 데이터에서 압전기 진동에 의한 요동을 제거하기 위해서 인공신경망을 도입하였고, 인공신경망이 측정을 하려고 하는 본래의 펄스 신호를 유지하면서 압전기 진동에 의한 요동을 제거하는데 매우 효과적이다는 것을 확인하였다. 훈련 데이터에 포함되지 않은 펄스 신호들을 측정하는데도 인공신경망이 효과적으로 사용되었다. 이는 개발된 인공신경망이 실제 데이터 분석에 사용될 수 있다는 사실을 의미한다. 압전기 진동 문제를 해결하는데 사용되던 기존의 방법들과 인공신경망에 의한 해결방법을 비교를 하였고, 인공신경망을 사용하는 것이 가장 효과적임을 확인할 수 있었다.