Дисперсионное преобразование Фурье во времени - Википедия - Time stretch dispersive Fourier transform

Дисперсионное преобразование Фурье во времени (TS-DFT), иначе известный как преобразование во времени (TST),[1] временное преобразование Фурье или же фотонный растяжение во времени (PTS) это спектроскопия техника, которая использует оптическая дисперсия вместо решетка или же призма отделить свет длины волн и анализировать оптический спектр в реальном времени[2]. Он использует дисперсию групповой скорости (GVD ) для преобразования спектра широкополосного оптического импульса во временную форму волны, растянутую во времени. Он используется для выполнения преобразования Фурье оптического сигнала на однократной основе и с высокой частотой кадров для анализа в реальном времени быстрых динамических процессов. Он заменяет дифракционную решетку и матрицу детекторов дисперсионным волокном и однопиксельным детектором, обеспечивая сверхбыстрое отображение в реальном времени. спектроскопия и визуализация. Его неоднородный вариант, преобразование деформировано-растягивание, реализованный с нелинейной групповой задержкой, предлагает выборку в спектральной области с переменной скоростью,[3] а также способность спроектировать произведение ширины полосы частот огибающей сигнала, чтобы оно соответствовало таковой в системах сбора данных, действующих как информационный редуктор.[4]

Принцип работы

TS-DFT обычно используется в двухэтапном процессе. На первом этапе спектр оптического широкополосного импульса кодируется записываемой информацией (например, временной, пространственной или химической информацией). На следующем шаге закодированный спектр отображается большой групповой скоростью. разброс в замедленную временную форму волны. На данный момент форма волны достаточно замедлена, чтобы ее можно было оцифровать и обработать в реальном времени. Без растяжения времени одиночные сигналы будут слишком быстрыми для оцифровки аналого-цифровыми преобразователями. Реализованный в оптической области, этот процесс выполняет ту же функцию, что и медленное движение, используемое для просмотра быстрых событий в видео. В то время как замедленное воспроизведение видео - это простой процесс воспроизведения уже записанного события, TS-DFT выполняет замедленное воспроизведение со скоростью света до захвата сигнала. При необходимости форма волны одновременно усиливается в дисперсионном волокне за счет процесса вынужденное комбинационное рассеяние. Это оптическое усиление преодолевает тепловой шум, который в противном случае ограничивал бы чувствительность при обнаружении в реальном времени. Последующие оптические импульсы выполняют повторяющиеся измерения с частотой кадров импульсного лазера. Следовательно, однократные оптические спектры, несущие информацию о быстрых динамических процессах, могут быть оцифрованы и проанализированы с высокой частотой кадров. Трансформатор Фурье с дисперсией во времени состоит из дисперсионного волокна с низкими потерями, которое также является рамановским усилителем. Для создания рамановского усиления лазеры накачки подключаются к волокну с помощью мультиплексоров с разделением по длине волны, причем длины волн лазеров накачки выбираются таким образом, чтобы создать широкополосный и плоский профиль усиления, который покрывает спектр широкополосного оптического импульса. Вместо рамановского усиления перед диспергирующим волокном можно разместить дискретный усилитель, такой как оптический усилитель, легированный эрбием, или полупроводниковый оптический усилитель. Однако распределенный характер рамановского усиления обеспечивает превосходное соотношение сигнал / шум. Дисперсионное преобразование Фурье оказалось эффективной технологией для широкополосного аналого-цифрового преобразования (сверхширокополосные аналого-цифровые преобразователи )[5][6] а также использовался для высокопроизводительной работы в режиме реального времени спектроскопия[7][8][9] и визуализация (последовательная временная амплифицированная микроскопия (STEAM) ).[10]

Связь с фазовым преобразованием растяжения

В фазовое преобразование растяжения или pST - это вычислительный подход к обработке сигналов и изображений. Одна из его утилит предназначена для обнаружения и классификации признаков. Преобразование растяжения фазы является побочным продуктом исследований дисперсионного преобразования Фурье во времени. он преобразует изображение, имитируя распространение через дифракционную среду со спроектированным трехмерным дисперсионным свойством (показателем преломления).

Однократный анализ спектрального шума в реальном времени

В последнее время PTS стали использовать для исследования оптических нелинейностей в волокнах. Корреляционные свойства как в спектральной, так и во временной областях могут быть выведены из однократных данных PTS для изучения стохастической природы оптических систем. А именно модуляционная нестабильность[11] и генерация суперконтиуума[12] в сильно нелинейном волокне.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ К. Года и Б. Джалали, "Дисперсионное преобразование Фурье для быстрых непрерывных однократных измерений", Природа Фотоника 7, 102–112 (2013) DOI: 10.1038 / nphoton.2012.359. [1]
  2. ^ Махджубфар, Ата; Чуркин, Дмитрий В .; Барланд, Стефан; Бродерик, Нил; Турицын, Сергей К .; Джалали, Бахрам (июнь 2017 г.). «Растяжка времени и ее приложения». Природа Фотоника. 11 (6): 341–351. Bibcode:2017НаФо..11..341M. Дои:10.1038 / nphoton.2017.76. ISSN  1749-4885.
  3. ^ А. Маджубфар, Ч. Чен и Б. Джалали, «Дизайн деформированного преобразования растяжения», Научные отчеты 5, 17148 (2015) DOI: 10.1038 / srep17148. [2]
  4. ^ Б. Джалали и А. Махджубфар, "Настройка широкополосных сигналов с помощью фотонного аппаратного ускорителя", Труды IEEE 103, 1071-1086 (2015) DOI: 10.1109 / JPROC.2015.2418538. [3]
  5. ^ А.С. Бхушан, Ф. Коппингер и Б. Джалали, «Аналого-цифровое преобразование с растянутым временем», Письма об электронике т. 34, нет. 9, pp. 839–841, апрель 1998 г. [4]
  6. ^ Я. Хан и Б. Джалали, "Фотонный растянутый во времени аналого-цифровой преобразователь: основные концепции и практические соображения", Журнал технологии световых волн, Vol. 21, выпуск 12, стр. 3085–3103, декабрь 2003 г. [5]
  7. ^ П. Келкар, Ф. Коппингер, А. С. Бхушан и Б. Джалали, «Оптическое зондирование во временной области», Electronics Letters 35, 1661 (1999)[6]
  8. ^ Д. Р. Солли, Дж. Чоу и Б. Джалали, «Усиленное преобразование длины волны во время для спектроскопии в реальном времени», Природа Фотоника 2, 48-51, 2008. [7]
  9. ^ Дж. Чоу, Д. Солли и Б. Джалали, «Спектроскопия в реальном времени с субгигагерцовым разрешением с использованием усиленного дисперсионного преобразования Фурье», Письма по прикладной физике 92, 111102, 2008. [8]
  10. ^ К. Года; К. К. Циа и Б. Джалали (2008). «Визуализация с усиленным дисперсионным преобразованием Фурье для сверхбыстрого определения смещения и считывания штрих-кода». Письма по прикладной физике. 93 (13): 131109. arXiv:0807.4967. Bibcode:2008АпФЛ..93м1109Г. Дои:10.1063/1.2992064.
  11. ^ Солли, Д. Р., Херинк, Г., Джалали, Б. и Роперс, К., "Колебания и корреляции в модуляционной нестабильности" Природа Фотон. 6, 463–468 (2012). [9]
  12. ^ Б. Ветцель, А. Стефани, Л. Ларджер, П. А. Лакур, Дж. М. Меролла, Т. Сильвестр, А. Кудлински, А. Муссо, Г. Генти, Ф. Диас и Дж. М. Дадли, "Измерение полной полосы пропускания в реальном времени спектральный шум в генерации суперконтинуума », НАУЧНЫЕ ДОКЛАДЫ, том: 2, номер статьи: 882, DOI: 10.1038 / srep00882, опубликовано: 28 ноября 2012 г. [10]