समय विस्तार फैलाने वाला फूरियर रूपांतरण

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टाइम स्ट्रेच डिस्पर्सिव फूरियर ट्रांसफॉर्म (टीएस-डीएफटी), अन्यथा टाइम-स्ट्रेच ट्रांसफॉर्म (टीएसटी) के रूप में जाना जाता है,[1] टेम्पोरल फूरियर ट्रांसफॉर्म या फोटोनिक टाइम-स्ट्रेच (पीटीएस) एक स्पेक्ट्रोस्कोपी तकनीक है जो प्रकाश तरंग दैर्ध्य को अलग करने और वास्तविक समय में ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम का विश्लेषण करने के लिए झंझरी या प्रिज्म (प्रकाशिकी) के बजाय फैलाव (ऑप्टिक्स) का उपयोग करती है।[2] यह ब्रॉडबैंड ऑप्टिकल पल्स के स्पेक्ट्रम को टाइम स्ट्रेच्ड टेम्पोरल वेवफॉर्म में बदलने के लिए समूह-वेग फैलाव (फैलाव (ऑप्टिक्स)#समूह वेग फैलाव) को नियोजित करता है। इसका उपयोग एकल शॉट के आधार पर और तेज गतिशील प्रक्रियाओं के वास्तविक समय विश्लेषण के लिए उच्च फ्रेम दर पर ऑप्टिकल सिग्नल पर फूरियर रूपांतरण करने के लिए किया जाता है। यह एक विवर्तन झंझरी और डिटेक्टर सरणी को एक फैलाने वाले फाइबर और एकल-पिक्सेल डिटेक्टर से बदल देता है, जो अल्ट्राफास्ट रीयल-टाइम स्पेक्ट्रोस्कोपी और ऑप्टिकल इमेजिंग को सक्षम करता है। इसका गैर-समान संस्करण, विकृत-खिंचाव परिवर्तन, गैर-रेखीय समूह विलंब के साथ साकार, चर-दर वर्णक्रमीय डोमेन नमूनाकरण प्रदान करता है,[3] साथ ही सूचना गियरबॉक्स के रूप में कार्य करने वाले डेटा अधिग्रहण सिस्टम से मेल खाने के लिए सिग्नल के लिफाफे के समय-बैंडविड्थ उत्पाद को इंजीनियर करने की क्षमता।[4]


संचालन सिद्धांत

टीएस-डीएफटी का उपयोग आमतौर पर दो चरणों वाली प्रक्रिया में किया जाता है। पहले चरण में, ऑप्टिकल ब्रॉडबैंड पल्स के स्पेक्ट्रम को कैप्चर की जाने वाली जानकारी (जैसे, अस्थायी, स्थानिक या रासायनिक जानकारी) द्वारा एन्कोड किया जाता है। अगले चरण में, एन्कोडेड स्पेक्ट्रम को बड़े समूह-वेग फैलाव (ऑप्टिक्स) द्वारा धीमी अस्थायी तरंग में मैप किया जाता है। इस बिंदु पर तरंगरूप को पर्याप्त रूप से धीमा कर दिया गया है ताकि इसे वास्तविक समय में डिजिटलीकृत और संसाधित किया जा सके। समय के विस्तार के बिना, सिंगल शॉट वेवफॉर्म इतने तेज़ होंगे कि एनालॉग से डिजिटल कनवर्टर्स द्वारा डिजिटलीकृत नहीं किया जा सकेगा। ऑप्टिकल डोमेन में कार्यान्वित, यह प्रक्रिया वीडियो में तेज़ घटनाओं को देखने के लिए उपयोग की जाने वाली धीमी गति के समान कार्य करती है। जबकि वीडियो धीमी गति पहले से रिकॉर्ड की गई घटना को चलाने की एक सरल प्रक्रिया है, टीएस-डीएफटी प्रकाश की गति पर और सिग्नल कैप्चर होने से पहले धीमी गति करता है। जब आवश्यकता होती है, तरंगरूप को उत्तेजित रमन बिखरने की प्रक्रिया द्वारा फैलाने वाले फाइबर में एक साथ बढ़ाया जाता है। यह ऑप्टिकल प्रवर्धन थर्मल शोर पर काबू पाता है जो अन्यथा वास्तविक समय का पता लगाने में संवेदनशीलता को सीमित कर देगा। बाद के ऑप्टिकल पल्स स्पंदित लेजर के फ्रेम दर पर दोहराव माप करते हैं। नतीजतन, एकल शॉट ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा, तेज गतिशील प्रक्रियाओं से जानकारी लेकर, उच्च फ्रेम दर पर डिजिटलीकृत और विश्लेषण किया जा सकता है। टाइम-स्ट्रेच डिस्पर्सिव फूरियर ट्रांसफार्मर में कम नुकसान फैलाने वाला फाइबर होता है जो एक रमन एम्पलीफायर भी है। रमन गेन बनाने के लिए, पंप लेजर को तरंग दैर्ध्य-विभाजन मल्टीप्लेक्सर्स द्वारा फाइबर में जोड़ा जाता है, जिसमें ब्रॉडबैंड और फ्लैट गेन प्रोफाइल बनाने के लिए पंप लेजर की तरंग दैर्ध्य को चुना जाता है जो ब्रॉडबैंड ऑप्टिकल पल्स के स्पेक्ट्रम को कवर करता है। रमन प्रवर्धन के बजाय, एक अलग एम्पलीफायर जैसे एर्बियम डोप्ड ऑप्टिकल एम्पलीफायर या सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल एम्पलीफायर को फैलाने वाले फाइबर से पहले रखा जा सकता है। हालाँकि, रमन प्रवर्धन की वितरित प्रकृति शोर अनुपात के लिए बेहतर संकेत प्रदान करती है। डिस्पर्सिव फूरियर ट्रांसफॉर्म वाइडबैंड ए/डी रूपांतरण (टाइम स्ट्रेच एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर) के लिए एक सक्षम तकनीक साबित हुआ है।[5][6] और इसका उपयोग उच्च-थ्रूपुट वास्तविक समय स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए भी किया गया है[7][8][9] और ऑप्टिकल इमेजिंग (सीरियल टाइम-एनकोडेड एम्प्लीफाइड माइक्रोस्कोपी (STEAM))।[10]


चरण खिंचाव परिवर्तन से संबंध

फेज़ स्ट्रेच ट्रांसफ़ॉर्म या पीएसटी सिग्नल और इमेज प्रोसेसिंग के लिए एक कम्प्यूटेशनल दृष्टिकोण है। इसकी उपयोगिताओं में से एक सुविधा का पता लगाने और वर्गीकरण के लिए है। फेज़ स्ट्रेच ट्रांसफॉर्म, टाइम स्ट्रेच डिस्पर्सिव फूरियर ट्रांसफॉर्म पर शोध का एक स्पिन-ऑफ है। यह इंजीनियर्ड 3डी फैलाव गुण (अपवर्तक सूचकांक) के साथ एक विवर्तनिक माध्यम के माध्यम से प्रसार का अनुकरण करके छवि को बदल देता है।

वर्णक्रमीय शोर का वास्तविक समय एकल-शॉट विश्लेषण

हाल ही में, पीटीएस का उपयोग फाइबर में ऑप्टिकल गैर-रैखिकता के अध्ययन के लिए किया गया है। ऑप्टिकल सिस्टम की स्टोकेस्टिक प्रकृति का अध्ययन करने के लिए स्पेक्ट्रल और टेम्पोरल दोनों डोमेन में सहसंबंध गुण एकल-शॉट पीटीएस डेटा से निकाले जा सकते हैं। अर्थात्, मॉड्यूलेशन अस्थिरता[11] और सुपरकॉन्टियम पीढ़ी[12] अत्यधिक गैर-रैखिक फाइबर का अध्ययन किया गया है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ K. Goda & B. Jalali, "Dispersive Fourier transformation for fast continuous single-shot measurements," 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). "समय विस्तार और उसके अनुप्रयोग". 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. Jalali, "Design of Warped Stretch Transform," Scientific Reports 5, 17148 (2015) doi:10.1038/srep17148. [2]
  4. ↑ B. Jalali & A. Mahjoubfar, "Tailoring Wideband Signals With a Photonic Hardware Accelerator," Proceedings of the IEEE 103, 1071–1086 (2015) doi:10.1109/JPROC.2015.2418538. [3]
  5. ↑ A. S. Bhushan, F. Coppinger, and B. Jalali, "Time-stretched analogue-to-digital conversion," Electronics Letters vol. 34, no. 9, pp. 839–841, April 1998. [4]
  6. ↑ Y. Han and B. Jalali, "Photonic Time-Stretched Analog-to-Digital Converter: Fundamental Concepts and Practical Considerations," Journal of Lightwave Technology, Vol. 21, Issue 12, pp. 3085–3103, Dec. 2003. [5]
  7. ↑ P. Kelkar, F. Coppinger, A. S. Bhushan, and B. Jalali, "Time-domain optical sensing," Electronics Letters 35, 1661 (1999)[6]
  8. ↑ D. R. Solli, J. Chou, and B. Jalali, "Amplified wavelength–time transformation for real-time spectroscopy," Nature Photonics 2, 48–51, 2008. [7]
  9. ↑ J. Chou, D. Solli, and B. Jalali, "Real-time spectroscopy with subgigahertz resolution using amplified dispersive Fourier transformation," Applied Physics Letters 92, 111102, 2008. [8]
  10. ↑ K. Goda; K. K. Tsia & B. Jalali (2008). "अल्ट्राफास्ट विस्थापन सेंसिंग और बारकोड रीडिंग के लिए प्रवर्धित फैलाव फूरियर-ट्रांसफॉर्म इमेजिंग". Applied Physics Letters. 93 (13): 131109. arXiv:0807.4967. Bibcode:2008ApPhL..93m1109G. doi:10.1063/1.2992064. S2CID 34751462.
  11. ↑ Solli, D. R., Herink, G., Jalali, B. & Ropers, C., "Fluctuations and correlations in modulation instability" Nature Photon. 6, 463–468 (2012). [9]
  12. ↑ B. Wetzel, A. Stefani, L. Larger, P. A. Lacourt, J. M. Merolla, T. Sylvestre, A. Kudlinski, A. Mussot, G. Genty, F. Dias, & J. M. Dudley, "Real-time full bandwidth measurement of spectral noise in supercontinuum generation," SCIENTIFIC REPORTS, Volume: 2, Article Number: 882, DOI: 10.1038/srep00882, Published: NOV 28 2012. [10]
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