La transformada de Fourier dispersiva de estiramiento de tiempo ( TS-DFT ), también conocida como transformada de estiramiento de tiempo ( TST ), [1] transformada de Fourier temporal o estiramiento de tiempo fotónico ( PTS ) es una técnica de espectroscopía que utiliza dispersión óptica en lugar de una rejilla o prisma para separar las longitudes de onda de la luz y analizar el espectro óptico en tiempo real. [2] Emplea dispersión de velocidad de grupo ( GVD) para transformar el espectro de un pulso óptico de banda ancha en una forma de onda temporal alargada en el tiempo. Se utiliza para realizar la transformación de Fourier en una señal óptica en un solo disparo y a altas velocidades de cuadro para el análisis en tiempo real de procesos dinámicos rápidos. Reemplaza una red de difracción y una matriz de detectores con una fibra dispersiva y un detector de un solo píxel, lo que permite una espectroscopia e imágenes ultrarrápidas en tiempo real . Su variante no uniforme, transformación warped-stretch , realizada con retardo de grupo no lineal, ofrece muestreo de dominio espectral de tasa variable, [3] así como la capacidad de diseñar el producto de ancho de banda de tiempo de la envolvente de la señal para que coincida con el de los sistemas de adquisición de datos. actuando como una caja de cambios de información. [4]
Principio de funcionamiento
TS-DFT se usa generalmente en un proceso de dos pasos. En el primer paso, el espectro de un pulso óptico de banda ancha es codificado por la información (por ejemplo, información temporal, espacial o química) que se va a capturar. En el siguiente paso, el espectro codificado se mapea mediante una gran dispersión de velocidad de grupo en una forma de onda temporal ralentizada. En este punto, la forma de onda se ha ralentizado lo suficiente para que pueda digitalizarse y procesarse en tiempo real. Sin la extensión del tiempo, las formas de onda de un solo disparo serán demasiado rápidas para ser digitalizadas por convertidores analógicos a digitales. Implementado en el dominio óptico, este proceso realiza una función similar a la cámara lenta utilizada para ver eventos rápidos en videos. Si bien la cámara lenta de video es un proceso simple de reproducir un evento ya grabado, el TS-DFT realiza una cámara lenta a la velocidad de la luz y antes de que se capture la señal. Cuando es necesario, la forma de onda se amplifica simultáneamente en la fibra dispersiva mediante el proceso de dispersión Raman estimulada . Esta amplificación óptica supera el ruido térmico que de otro modo limitaría la sensibilidad en la detección en tiempo real. Los pulsos ópticos posteriores realizan mediciones repetitivas a la velocidad de fotogramas del láser pulsado. En consecuencia, los espectros ópticos de disparo único, que transportan información de procesos dinámicos rápidos, se pueden digitalizar y analizar a altas velocidades de cuadro. El transformador de Fourier dispersivo de extensión de tiempo consiste en una fibra dispersiva de baja pérdida que también es un amplificador Raman. Para crear una ganancia Raman, los láseres de bombeo se acoplan a la fibra mediante multiplexores de división de longitud de onda, con longitudes de onda de láseres de bombeo elegidos para crear un perfil de ganancia plana y de banda ancha que cubre el espectro del pulso óptico de banda ancha. En lugar de la amplificación Raman, se puede colocar un amplificador discreto como un amplificador óptico dopado con erbio o un amplificador óptico semiconductor antes de la fibra dispersiva. Sin embargo, la naturaleza distribuida de la amplificación Raman proporciona una relación señal / ruido superior. La transformada de Fourier dispersiva ha demostrado ser una tecnología habilitadora para la conversión A / D de banda ancha (convertidores analógicos a digitales de banda ultraancha ) [5] [6] y también se ha utilizado para espectroscopía en tiempo real de alto rendimiento [7] [8] [ 9] e imágenes ( microscopía amplificada codificada en serie en el tiempo (STEAM) ). [10]
Relación con la transformación de estiramiento de fase
La transformada de estiramiento de fase o pST es un enfoque computacional para el procesamiento de señales e imágenes. Una de sus utilidades es la detección y clasificación de características. La transformación de estiramiento de fase es un derivado de la investigación sobre la transformada de Fourier dispersiva de estiramiento de tiempo. transforma la imagen emulando la propagación a través de un medio difractivo con propiedad de dispersión 3D diseñada (índice de refracción).
Análisis de un solo disparo en tiempo real del ruido espectral
Recientemente, PTS se ha utilizado para estudiar las no linealidades ópticas en fibras. Las propiedades de correlación en los dominios espectral y temporal se pueden deducir de los datos PTS de un solo disparo para estudiar la naturaleza estocástica de los sistemas ópticos. Es decir, se han estudiado la inestabilidad de modulación [11] y la generación de supercontiuum [12] en fibras altamente no lineales.
Ver también
Referencias
- ^ K. Goda y B. Jalali, "Transformación dispersiva de Fourier para mediciones rápidas continuas de un solo disparo", Nature Photonics 7, 102-112 (2013) doi: 10.1038 / nphoton.2012.359. [1]
- ↑ Mahjoubfar, Ata; Churkin, Dmitry V .; Barland, Stéphane; Broderick, Neil; Turitsyn, Sergei K .; Jalali, Bahram (junio de 2017). "Time stretch y sus aplicaciones". Nature Photonics . 11 (6): 341–351. Código bibliográfico : 2017NaPho..11..341M . doi : 10.1038 / nphoton.2017.76 . ISSN 1749-4885 .
- ^ A. Mahjoubfar, C. Chen y B. Jalali, "Diseño de transformada de estiramiento deformado", Scientific Reports 5, 17148 (2015) doi: 10.1038 / srep17148. [2]
- ^ B. Jalali y A. Mahjoubfar, "Adaptación de señales de banda ancha con un acelerador de hardware fotónico", Actas del IEEE 103, 1071-1086 (2015) doi: 10.1109 / JPROC.2015.2418538. [3]
- ^ AS Bhushan, F. Coppinger y B. Jalali, "Conversión analógica a digital prolongada en el tiempo", Electronics Letters vol. 34, no. 9, págs. 839–841, abril de 1998. [4]
- ^ Y. Han y B. Jalali, "Convertidor analógico a digital de tiempo extendido fotónico: conceptos fundamentales y consideraciones prácticas", Journal of Lightwave Technology , vol. 21, número 12, págs. 3085-3103, diciembre de 2003. [5]
- ^ P. Kelkar, F. Coppinger, AS Bhushan y B. Jalali, "Detección óptica en el dominio del tiempo", Electronics Letters 35, 1661 (1999) [6]
- ^ DR Solli, J. Chou y B. Jalali, "Transformación en tiempo de longitud de onda amplificada para espectroscopia en tiempo real", Nature Photonics 2, 48-51, 2008. [7]
- ^ J. Chou, D. Solli y B. Jalali, "Espectroscopía en tiempo real con resolución de subgigahercios utilizando la transformación de Fourier dispersiva amplificada", Applied Physics Letters 92, 111102, 2008. [8]
- ^ K. Goda; KK Tsia y B. Jalali (2008). "Imagen de transformada de Fourier dispersiva amplificada para lectura de códigos de barras y detección de desplazamiento ultrarrápida". Letras de Física Aplicada . 93 (13): 131109. arXiv : 0807.4967 . Código Bibliográfico : 2008ApPhL..93m1109G . doi : 10.1063 / 1.2992064 .
- ^ Solli, DR, Herink, G., Jalali, B. & Ropers, C., "Fluctuaciones y correlaciones en la inestabilidad de modulación" Nature Photon. 6, 463–468 (2012). [9]
- ^ B. Wetzel, A. Stefani, L. Larger, PA Lacourt, JM Merolla, T. Sylvestre, A. Kudlinski, A. Mussot, G. Genty, F. Dias y JM Dudley, "Medición de ancho de banda completo en tiempo real de ruido espectral en la generación de supercontinuo, "INFORMES CIENTÍFICOS, Volumen: 2, Número de artículo: 882, DOI: 10.1038 / srep00882, Publicado: 28 de noviembre de 2012. [10]