Detekce duhového heterodynu - Rainbow heterodyne detection
 | Tento článek má několik problémů. Prosím pomozte vylepši to nebo diskutovat o těchto otázkách na internetu diskusní stránka. (Zjistěte, jak a kdy tyto zprávy ze šablony odebrat) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)
|
Cíl detekce heterodynového syntetického pole je izolovat oblasti velkoplošného povrchu detektoru do virtuálních pixelů. To poskytuje výhody mít více pixelů (například pro vytvoření obrazu), aniž byste museli mít fyzické pixely (tj. Izolované prvky detektoru). Detektorem může být jednoduchý jednodrátový výstup, přes který lze nepřetržitě a paralelně číst všechny virtuální pixely. Pixely jsou multiplexovány ve frekvenční doméně.
To zvláštního zájmu řeší dva běžné a nepříjemné problémy, se kterými se setkali optická detekce heterodynu. Za prvé, heterodynové signály jsou rytmické frekvence mezi zdrojem signálu a referenčním zdrojem (dabovaný místní oscilátor ). Nejsou to úrovně stejnosměrného světla[je zapotřebí objasnění ] ale oscilační signály, a tak na rozdíl od konvenčních detektorů nelze světelný tok ze signálu integrovat na kondenzátor. Proto, aby měl řadu pixelů, musí být každý pixel podpořen AC zesilovačem a detekčním obvodem, který je složitý. Díky detekci syntetického pole mohou být všechny signály zesíleny a detekovány stejným obvodem. Druhý problém Detekce syntetického pole řeší oblouky, nikoli při zobrazování obrazových bodů, ale když signál není prostorově koherentní po povrchu detektoru. V tomto případě jsou vznikající rytmické frekvence různě fázované po povrchu detektoru a tyto destruktivně interferují a produkují nízký výstup signálu. Při detekci syntetického pole má každá oblast detektoru pro svou taktovací frekvenci odlišný základ, a proto nedochází k žádnému stacionárnímu rušení, i když se fáze signálu mění po povrchu detektoru.
Ilustrace konceptu
Obrázek 1 ukazuje konkrétní formát implementace metody Synthetic Array. Tato implementace se nazývá „Detekce duhového heterodynu“, protože lokální oscilátor má své frekvence rozložené jako duha po povrchu detektoru.
Výstup z detektoru je vysokofrekvenční signál. Pokud je tento výstupní signál spektrálně rozlišen, pak každá jiná elektrická frekvence odpovídá jinému umístění na detektoru.
Implementace
Klíčové potíže
I když je koncept jednoduchý, je zde klíčová obtíž, kterou musí každá implementace překonat: jak vygenerovat duhu rozprostřených optických frekvencí, jejichž šířka rozdílových frekvencí vzhledem k detektoru je menší než elektrická šířka pásma detektoru. To znamená, že typický detektor může mít šířku pásma na stupnici 100 Megahertzů. Pokud je největší rozdílová frekvence | ω6-ω6 | pak musí být tento rozdíl menší než 100 Megahertzů. To zase znamená, že rozestup mezi sousedními rozdílovými frekvencemi musí být menší než 100 MHz a v průměru menší než 100 MHz / počet pixelů. Chcete-li zjistit, proč to představuje problém, zvažte rozptýlení bílého světla hranolem. U jakéhokoli hranolu konečné velikosti nemůžete dostatek rozptylu k vytvoření vyřešených (nepřekrývajících se paprsků), které se liší o méně než megahertz. Metody rozptylu tedy nemohou rozptýlit širokopásmový světelný zdroj k vytvoření paprsků s frekvenčním posunem s úzce rozmístěnými rozdílovými frekvencemi. Jedním možným způsobem, jak toho dosáhnout, je mít pro každý paprsek samostatný laserový zdroj; tyto zdroje musí být přesně řízeny frekvencí, takže jejich střední frekvence jsou odděleny požadovanými posuny. Primární problém s tím je praktický: Šířka pásma a frekvenční drift většiny laserů je mnohem větší než 1 Mhtz. Lasery k tomu potřebné musí mít dostatečně úzkou spektrální čistotu, aby mohly koherentně interferovat se zdrojem signálu. I tak je složité mít více úzkopásmových frekvenčně vyladěných laserů.
Akustooptické řešení
Jedním z praktických způsobů, jak toho dosáhnout, je použití optického deflektoru Acousto. Tato zařízení odchylují přicházející světelný paprsek v poměru k frekvenci akustické jízdy. Mají také vedlejší účinek - posunutí výstupní optické frekvence o frekvenci akustickou. Když je tedy jeden z nich poháněn více akustickými frekvencemi, vyzařuje se řada vychýlených paprsků, každý s malým a odlišným posunem optické frekvence. Pohodlně to funguje, i když má zdrojový laser nízkou spektrální čistotu, protože každá subspektrální složka paprsku je vzájemně fázově koherentní se zdrojem a posunuta o stejnou frekvenci. Zejména tento přístup umožňuje použití levných, vysoce výkonných nebo pulzních laserů jako zdrojů, protože není vyžadováno žádné řízení frekvence.
Obrázek 2 ukazuje jednoduchou 2 "pixelovou" verzi této implementace. Laserový paprsek je vychýlen 25Mhz a 29Mhz akustickou frekvencí přes akustooptický modulátor. Objeví se dva paprsky a oba jsou na detektoru kombinovány spolu s původním laserovým paprskem. Paprsek 25Mhz osvětluje levou polovinu detektoru, paprsek 29Mhz osvětluje pravou polovinu detektoru. Frekvence rytmu proti signálnímu paprsku na detektoru produkují výstupní frekvence 25 a 29 MHz. Můžeme tedy rozlišit, které fotony zasáhly levou nebo pravou polovinu detektoru. Tato metoda se rozšiřuje na větší počet pixelů, protože komerčně dostupné AOD s tisíci vyřešitelných míst (každý s jinou frekvencí). 2D pole lze vytvořit s druhým AOD uspořádaným v pravých úhlech nebo holografickými metodami.
Multiplex
Metoda multiplexuje všechny prostorové polohy na detektoru podle frekvence. Pokud jsou frekvence rovnoměrně rozmístěny, pak jednoduchá Fourierova transformace obnoví koherentní obraz. Neexistuje však žádný důvod, proč musí být frekvence rovnoměrně rozmístěny, aby bylo možné dynamicky upravovat počet, velikost a tvar pixelů. Lze také nezávisle změnit Heterodynový zisk na každém pixelu jednotlivě jednoduše tím, že paprsek LO bude více či méně silný. Lze tedy rozšířit dynamický rozsah přijímače snížením zisku na jasných pixelech, zvýšením na slabých pixelech a případně použitím větších pixelů pro tlumené oblasti.
Srovnání s tradičními pixelovými poli
Technika multiplexu také zavádí dvě omezení. V případě zobrazování se signály nesmí měnit rychleji než Nyquistova časová konstanta vyplývající z rozdílové frekvence mezi sousedními pixely. Pokud ano, pixely se rozmazají nebo budou mít alias. (Pro jiné než zobrazovací aplikace - například když se člověk jednoduše snaží nasbírat více světla, ale je omezen prostorovou nekoherencí - toto aliasing není důležité, protože nezmění nekoherentní součet pixelů.) Navíc, když je jeden práce poblíž limitu šumu výstřelu může multiplexní přístup zvýšit úroveň šumu, protože všechny pixely vidí šum výstřelu z celého pole (protože všechny jsou připojeny stejným vodičem). (Opět to nemusí být pro aplikace bez zobrazování důležité.)