시간 연장 분산 푸리에 변환

Time stretch dispersive Fourier transform

시간 스트레치 분산형 푸리에 변환(TS-DFT)[1]시간-스트레치 변환(TST)이라고도 하며 시간-스트레치 변환 또는 광학 시간-스트레치 변환(PTS)은 그링이나 프리즘 대신 광분산을 사용하여 광파장을 분리하고 광학 스펙트럼을 실시간으로 분석하는 분광기법이다.[2]그것은 광대역 광학 펄스의 스펙트럼을 시간 늘어난 시간 파형으로 변환하기 위해 그룹-속도 분산(GVD)을 채택한다.빠른 동적 프로세스의 실시간 분석을 위해 광학 신호에 대한 푸리에 변환을 단일 샷 기준과 높은 프레임률로 수행하는 데 사용된다.회절 격자 및 검출기 어레이를 분산형 섬유와 단일 픽셀 검출기로 대체해 초고속 실시간 분광영상촬영이 가능하다.비선형 그룹 지연을 통해 실현된 그것의 통일된 변종인 뒤틀린-스트레치 변환은 가변 속도 스펙트럼 영역 샘플링과 더불어 정보 기어박스로 작용하는 데이터 수집 시스템의 그것과 일치하도록 신호의 엔벨롭의 시간 대역폭 제품을 설계할 수 있는 능력을 제공한다.[3][4]

운전원리

TS-DFT는 보통 2단계 프로세스에 사용된다.첫 번째 단계에서 광학 광대역 펄스의 스펙트럼은 캡처할 정보(예: 시간적, 공간적 또는 화학적 정보)에 의해 암호화된다.다음 단계에서 인코딩된 스펙트럼은 큰 그룹 속도 분산에 의해 느린 시간 파형으로 매핑된다.이 시점에서 파형은 디지털화되고 실시간으로 처리될 수 있도록 충분히 느려졌다.시간 연장이 없으면 싱글샷 파형이 아날로그-디지털 변환기에 의해 디지털화되기에는 너무 빠를 것이다.광학 영역에서 구현된 이 프로세스는 비디오에서 빠른 이벤트를 볼 때 사용되는 슬로우 모션과 유사한 기능을 수행한다.비디오 슬로우 모션이 이미 기록된 이벤트를 재생하는 간단한 과정인 반면, TS-DFT는 빛의 속도와 신호가 포착되기 전에 슬로우 모션을 수행한다.필요할 때 파형은 라만 산란을 자극하는 과정에 의해 분산 섬유에서 동시에 증폭된다.이러한 광학적 증폭은 열 소음을 극복하여 실시간 검출 시 감도를 제한한다.후속 광 펄스는 펄스 레이저의 프레임률에서 반복적인 측정을 수행한다.따라서 고속 동적 프로세스의 정보를 전달하는 싱글샷 광학 스펙트럼은 높은 프레임률로 디지털화 및 분석할 수 있다.타임스트레치 분산형 푸리에 변압기는 또한 라만 증폭기인 저손실 분산형 섬유로 구성되어 있다.라만 게인을 생성하기 위해 펌프 레이저는 파장 분할 멀티플렉서에 의해 광섬유에 결합되며, 광대역 광학 펄스의 스펙트럼을 커버하는 광대역 및 플랫 게인 프로파일을 만들기 위해 선택된다.라만 증폭 대신 에르비움 도핑 광학 증폭기나 반도체 광학 증폭기 같은 이산 증폭기를 분산 섬유 앞에 배치할 수 있다.그러나 라만 증폭의 분산 특성은 신호 대 잡음 비를 더 우수하게 제공한다.분산형 푸리에 변환은 광대역 A/D 변환(초광대역 아날로그-디지털 변환기)[5][6]을 가능하게 하는 기술로 입증되었으며, 고투과 실시간 분광[7][8][9]영상촬영(시리얼 타임 인코딩 증폭 현미경(STEAM))[10]에도 사용되었다.

위상 스트레치 변환과의 관계

위상 스트레치 변환 또는 pST는 신호와 이미지 처리에 대한 컴퓨터 접근 방식이다.그 효용 중 하나는 형상 검출과 분류에 관한 것이다.위상 스트레치 변환은 시간 스트레치 분산 푸리에 변환에 대한 연구를 통해 얻은 스핀오프다.엔지니어링된 3D 분산 특성(환쇄 지수)으로 확산 매체를 통한 전파를 에뮬레이션하여 이미지를 변환한다.

스펙트럼 노이즈의 실시간 싱글샷 분석

최근, PTS는 섬유에서 광학적 비선형성을 연구하는데 이용되고 있다.스펙트럼과 시간영역의 상관관계 특성은 광학 시스템의 확률적 특성을 연구하기 위해 단발성 PTS 데이터에서 추론할 수 있다.즉, 높은 비선형 섬유에서의 변조 불안정성과[11] 초공진 발생이[12] 연구되었다.

참고 항목

참조

  1. ^ K. Goda & B. Jalalali, "빠른 연속 싱글샷 측정을 위한 디스퍼시브 푸리에 변환," Nature Photonics 7, 102–112(2013) doi:10.1038/nphoton.2012.359.[1]
  2. ^ Mahjoubfar, Ata; Churkin, Dmitry V.; Barland, Stéphane; Broderick, Neil; Turitsyn, Sergei K.; Jalali, Bahram (June 2017). "Time stretch and its applications". Nature Photonics. 11 (6): 341–351. Bibcode:2017NaPho..11..341M. doi:10.1038/nphoton.2017.76. ISSN 1749-4885.
  3. ^ A. Mahjoubfar, C.Chen, & B. Jalalali, "Design of Warped Strand Transform," Scientific Reports 5, 17148 (2015) doi:10.1038/srep17148.[2]
  4. ^ B. 잘랄리 & A.Mahjoubfar, "광자 하드웨어 가속기를 사용한 맞춤 광대역 신호", IEEE 103, 1071-1086(2015) doi:10.1109/JPRC.2015.2418538.[3]
  5. ^ A. S. Bushan, F.코핑거, 그리고 B.잘랄리, "아날로그-디지털 변환" 전자 레터즈 vol. 34, 9, 페이지 839–841, 1998년 4월.[4]
  6. ^ Y. Han과 B.잘랄리, "포토닉 타임 확장 아날로그-디지털 변환기:기본 개념과 실제 고려사항," 제 21권, 제 12호, 3085–3103, 2003년 12월.[5]
  7. ^ P. 켈카르, F.코핑거, A. S. 부샨, B.잘랄리, "시간 영역 광학 감지", 전자 레터 35, 1661(1999년)[6]
  8. ^ D. R. 솔리, J. 츄, B.Jalali, "실시간 분광학을 위한 증폭된 파장-시간 변환," Nature Photonics 2, 48-51, 2008.[7]
  9. ^ J. Choo, D.솔리, 그리고 B.Jalali, "증폭된 분산형 푸리에 변환을 사용한 서브기가헤르츠 분해능의 실시간 분광법," 응용물리학 레터 92, 111102, 2008.[8]
  10. ^ K. Goda; K. K. Tsia & B. Jalali (2008). "Amplified dispersive Fourier-transform imaging for ultrafast displacement sensing and barcode reading". Applied Physics Letters. 93 (13): 131109. arXiv:0807.4967. Bibcode:2008ApPhL..93m1109G. doi:10.1063/1.2992064.
  11. ^ Solli, D. R, Herink, G, Jalali, B. & Ropers, C, "변조 불안정성의 고리와 상관관계" Nature Photon 6, 463–468(2012).[9]
  12. ^ B. Wetzel, A.Stefani, L. Large, P. A. Lacourt, J. M. Merolla, T. Sylvestre, A. Kudlinski, A. Cudlinski, A. A. A. A. A. A. A. Lacourt, J. Merolla, T. Silvestre, A.Mussot, G. Genty, F.Dias, & J. M. Dudley, "초지속 발생 시 스펙트럼 노이즈의 실시간 최대 대역폭 측정", SCIENTIC REPORT, 제2권, 제882, DOI: 10.1038/srep00882, 간행물: 2012년 11월 28일.[10]