La transformada dispersiva de Fourier per estirament temporal (TS-DFT), també coneguda com a transformada d'estirament temporal (TST),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. la transformada temporal de Fourier o estirament temporal fotònic (PTS) és una tècnica d'espectroscòpia que utilitza la dispersió òptica en lloc d'una reixeta o un prisma per separar les longituds d'ona de la llum i analitzar l'espectre òptic en temps real. Empra la dispersió de velocitat de grup (GVD) per transformar l'espectre d'un pols òptic de banda ampla en una forma d'ona temporal estirada en el temps. S'utilitza per realitzar la transformació de Fourier en un senyal òptic en una sola presa i a altes freqüències de fotogrames per a l'anàlisi en temps real de processos dinàmics ràpids. Substitueix una reixeta de difracció i una matriu de detectors per una fibra dispersiva i un detector d'un sol píxel, permetent una espectroscòpia i imatges en temps real ultraràpides. La seva variant no uniforme, la transformada d'estirament deformat, realitzada amb retard de grup no lineal, ofereix un mostreig de domini espectral de taxa variable,A. Mahjoubfar, C. Chen, & B. Jalali, "Design of Warped Stretch Transform," Scientific Reports 5, 17148 (2015) doi:10.1038/srep17148. així com la capacitat d'enginyar el producte d'ample de banda de temps de l'envolupant del senyal per coincidir amb el dels sistemes d'adquisició de dades que actuen com una caixa de canvis d'informació.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.

Principi de funcionament El TS-DFT s'adopta normalment en un procés de dos passos. En el primer pas, l'espectre d'un pols òptic de banda ampla es codifica mitjançant la informació (per exemple, informació temporal, espacial o química) que es vol capturar. En el següent pas, l'espectre codificat es mapeja mitjançant una gran dispersió de velocitat de grup en una forma d'ona temporal alentida. En aquest punt, la forma d'ona s'ha alentit prou perquè es pugui digitalitzar i processar en temps real. Sense l'estirament temporal, les formes d'ona d'un sol cop seran massa ràpides per ser digitalitzades per convertidors analògic-digitals. Implementat en el domini òptic, aquest procés realitza una funció similar a la càmera lenta que s'utilitza per veure esdeveniments ràpids en vídeos. Mentre que la càmera lenta de vídeo és un procés simple de reproducció d'un esdeveniment ja gravat, el TS-DFT realitza una càmera lenta a la velocitat de la llum i abans que es capturi el senyal. Quan cal, la forma d'ona s'amplifica simultàniament a la fibra dispersiva mitjançant el procés de dispersió Raman estimulada. Aquesta amplificació òptica supera el soroll tèrmic que, d'altra manera, limitaria la sensibilitat en la detecció en temps real. Els polsos òptics posteriors realitzen mesures repetitives a la velocitat de fotogrames del làser polsat. En conseqüència, els espectres òptics d'un sol tret, que transporten informació de processos dinàmics ràpids, es poden digitalitzar i analitzar a altes velocitats de fotogrames. El transformador de Fourier dispersiu d'estirament temporal consisteix en una fibra dispersiva de baixa pèrdua que també és un amplificador Raman. Per crear un guany Raman, els làsers de bombament s'acoblen a la fibra mitjançant multiplexors de divisió de longitud d'ona, amb longituds d'ona dels làsers de bombament escollides per crear un perfil de guany de banda ampla i pla que cobreixi l'espectre del pols òptic de banda ampla. En lloc de l'amplificació Raman, es pot col·locar un amplificador discret com ara un amplificador òptic dopat amb erbi o un amplificador òptic de semiconductors abans de la fibra dispersiva. Tanmateix, la naturalesa distribuïda de l'amplificació Raman proporciona una relació senyal-soroll superior. La transformada dispersiva de Fourier ha demostrat ser una tecnologia habilitadora per a la conversió A/D de banda ampla (convertidors analògic-digital de banda ultra ampla)A. S. Bhushan, F. Coppinger, and B. Jalali, "Time-stretched analogue-to-digital conversion," Electronics Letters vol. 34, no. 9, p. 839–841, April 1998.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, p. 3085–3103, Dec. 2003. i també s'ha utilitzat per a espectroscòpia en temps real d'alt rendimentP. Kelkar, F. Coppinger, A. S. Bhushan, and B. Jalali, "Time-domain optical sensing," Electronics Letters 35, 1661 (1999)D. R. Solli, J. Chou, and B. Jalali, "Amplified wavelength–time transformation for real-time spectroscopy," Nature Photonics 2, 48–51, 2008.J. Chou, D. Solli, and B. Jalali, "Real-time spectroscopy with subgigahertz resolution using amplified dispersive Fourier transformation," Applied Physics Letters 92, 111102, 2008. i imatges (microscòpia amplificada codificada en sèrie en temps (STEAM)).

Relació amb la transformada d'estirament de fase La transformada d'estirament de fase o pST és un enfocament computacional per al processament de senyals i imatges. Una de les seves utilitats és la detecció i classificació de característiques. La transformada d'estirament de fase és una derivació de la investigació sobre la transformada dispersiva de Fourier per estirament de temps. Transforma la imatge emulant la propagació a través d'un medi difractiu amb una propietat dispersiva 3D dissenyada (índex de refracció).

Anàlisi de soroll espectral en temps real i de cop únic Recentment, la PTS s'ha utilitzat per estudiar les no linealitats òptiques en fibres. Les propietats de correlació tant en el domini espectral com en el temporal es poden deduir a partir de dades PTS d'un sol cop per estudiar la naturalesa estocàstica dels sistemes òptics. En concret, s'ha estudiat la inestabilitat de modulacióSolli, D. R., Herink, G., Jalali, B. & Ropers, C., "Fluctuations and correlations in modulation instability" Nature Photon. 6, 463–468 (2012). i la generació de supercontinuB. 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. en fibra altament no lineal.

Referències

Categoria:Òptica Categoria:Processament de senyals