Sanal olarak görüntülenen aşamalı dizi - Virtually imaged phased array

"Vipa" buraya yönlendirir. Tropikal fırtına için bkz. Wipha.
VIPA'nın işlevi ve yapısı

Bir sanal olarak görüntülenen aşamalı dizi (VIPA) köşeli dağıtıcı gibi bir cihaz prizma veya a kırınım ızgarası ışığı böler spektral bileşenleri. Neredeyse bağımsız olarak çalışır polarizasyon. Prizmaların veya normal kırınım ızgaralarının aksine, çok daha yüksek bir açısal dağılıma sahiptir, ancak daha küçük bir serbest spektral aralık. Bu yön, bir Echelle ızgara Bu genellikle yansımada kullanılır, çünkü burada yüksek kırınım sıraları da kullanılır. VIPA, yüksek yoğunluklu kompakt bir optik bileşen olabilir. dalga boyu çözme gücü.

Temel mekanizma

Sanal olarak görüntülenmiş aşamalı dizi aşamalı dizi, bir fazlı dizi anten radyo frekanslarında. Gerçek bir aşamalı dizi olarak yorumlanabilen bir kırınım ızgarasının aksine, sanal olarak görüntülenen bir aşamalı dizide aşamalı dizi bir Sanal görüntü. Daha spesifik olarak, optik aşamalı dizi sanal olarak bir ışık kaynağının birden çok sanal görüntüsü ile oluşturulur. Bu, gerçek uzayda benzer bir aşamalı dizinin oluştuğu bir Echelle ızgarasından temel farktır. VIPA'daki bir ışık kaynağının sanal görüntüleri, optik parazit için kritik olan sabit bir aralıkta otomatik olarak tam olarak hizalanır. Bu, VIPA'nın Echelle ızgaraya göre bir avantajıdır. Çıkış ışığı gözlendiğinde, sanal olarak görüntülenen aşamalı dizi, ışık gerçek bir aşamalı diziden yayılmış gibi çalışır.

Tarih ve uygulamalar

VIPA, 1996 yılında Shirasaki tarafından önerildi ve adlandırıldı.[1] Açısal dağılım üretmeye yönelik bu yeni yaklaşımın detayları patentte açıklanmıştır.[2] VIPA başlangıçta optik iletişim teknolojisi alanında özel bir ilgi konusuydu. VIPA ilk olarak optik dalga boyu bölmeli çoklama (WDM) ve 0.8 nm'lik bir kanal aralığı için bir dalga boyu demultiplexer gösterildi,[1] o zamanlar standart bir kanal aralığıydı. Daha sonra, Weiner tarafından 1550 nm dalga boyu aralığında 24 pm'lik çok daha küçük bir kanal ayrımı ve 6 pm'lik 3 dB'lik bir bant genişliği elde edildi.[3] Başka bir uygulama için, VIPA'nın açısal dağılımı nedeniyle ışık yolunun dalga boyuna bağlı uzunluğunu kullanarak, Renk dağılımı lifler incelendi ve gösterildi.[4][5] Dengeleme, ayarlanabilir aynalar kullanılarak ayarlanabilir sistemler için daha da geliştirilmiştir[6][7][8] veya bir uzaysal ışık modülatörü (SLM).[9] VIPA'yı kullanarak, tazminat polarizasyon modu dağılımı da başarıldı.[10] Ayrıca, yüksek çözünürlüklü dalga boyu bölünmesi / rekombinasyonu için bir VIPA ve bir SLM kombinasyonu kullanılarak darbe şekillendirme gösterildi.[11]

VIPA'nın bir dezavantajı, yüksek kırınım düzeni nedeniyle sınırlı serbest spektral aralığıdır. Fonksiyonel dalga boyu aralığını genişletmek için VIPA, normal bir kırınım ızgarası ile birleştirilebilir.[12] Bir Echelle ızgaralı ortak bir konfigürasyona benzer şekilde, bir VIPA ve normal bir kırınım ızgarasının kombinasyonu, geniş bantlı iki boyutlu bir spektral dağıtıcı sağlar. Bu, yüksek çözünürlüklü WDM (> 1000 kanal) için gösterildi,[13] ama aynı zamanda spektroskopi alanına da uygulanmıştır.[14] Mikroskopta, bir endoskop iki boyutlu spektral dağıtıcı kullanılarak gösterilmiştir.[15] VIPA, yakın zamanda astrofiziksel bir alet için kullanıldı [16] ve Brillouin spektroskopisi biyomekanikte.[17]

Yapı ve çalışma prensibi

VIPA'nın çalışma prensibi

Bir VIPA'nın ana bileşeni, normal giriş ışığına göre hafifçe eğimli bir cam plakadır. Cam levhanın bir tarafı (ışık giriş tarafı)% 100 yansıtıcı bir ayna ile, diğer tarafı (ışık çıkış tarafı) oldukça yansıtıcı ancak kısmen geçirgen bir ayna ile kaplanmıştır. % 100 yansıtıcı aynanın olduğu tarafın bir yansıma önleyici kaplamalı bir ışık ışınının cam plakaya girdiği ışık giriş alanı. Giriş ışığı, ışık çıkışı tarafındaki kısmen iletici aynaya odaklanmıştır. Tipik bir çizgi odaklama lensi, silindirik mercek VIPA'nın da bir parçası. Işık huzmesi, kirişli bel çizgi odaklı konumda bulunur.

Işık, ışık giriş alanından cam plakaya girdikten sonra, ışık kısmen geçiren aynaya ve% 100 yansıtıcı aynaya yansıtılır ve böylece ışık, kısmen geçirgen ayna ile% 100 yansıtıcı ayna arasında ileri geri hareket eder.

Işık huzmesi her seferinde kısmen iletici aynada yansıtıldığında, ışık gücünün küçük bir kısmı aynadan geçer ve cam plakadan uzaklaşır. Çoklu yansımalardan sonra aynadan geçen bir ışık huzmesi için, ışık çıkışı tarafından gözlendiğinde çizgi odağının konumu sanal görüntüde görülebilir. Bu nedenle, bu ışık huzmesi, hat odağının konumunda bulunan ve sanal ışık kaynağından uzaklaşan sanal bir ışık kaynağından çıkmış gibi hareket eder. İletilen tüm ışık demetleri için sanal ışık kaynaklarının konumları, sabit bir aralıkla cam plakaya normal boyunca otomatik olarak hizalanır, yani bir dizi sanal ışık kaynağı, bir optik aşamalı dizi oluşturmak için üst üste bindirilir. Nedeniyle girişim tüm ışık huzmelerinden, aşamalı dizi bir paralel ışık dalga boyuna bağlı bir açıda olan tek yönde ışın ve dolayısıyla açısal bir dağılım üretilir.

Dalgaboyu çözünürlüğü

Işıklı ızgara elemanlarının sayısı ve kırınım sırası ile belirlenen bir kırınım ızgarasının çözme gücüne benzer şekilde, bir VIPA'nın çözme gücü, VIPA'nın arka yüzeyinin yansıtıcılığı ve kalınlığıyla belirlenir. cam tabak. Sabit bir kalınlık için, yüksek yansıtma özelliği ışığın VIPA'da daha uzun süre kalmasına neden olur. Bu, daha sanal ışık kaynakları yaratır ve böylece çözümleme gücünü artırır. Öte yandan, daha düşük bir yansıtma oranıyla, VIPA'daki ışık hızla kaybolur, bu da daha az sanal ışık kaynağının üst üste binmesi anlamına gelir. Bu, daha düşük çözümleme gücü ile sonuçlanır.

Yüksek çözme gücüne sahip büyük açısal dağılım için VIPA'nın boyutları doğru bir şekilde kontrol edilmelidir. VIPA özelliklerinin ince ayarı, elastomer bazlı bir yapı geliştirilerek gösterilmiştir.[18]

VIPA'daki kısmen aktarıcı aynanın sabit bir yansıması, bir Lorentziyen çıktı ışığı bir ekran üzerine görüntülendiğinde güç dağılımı, bu da dalga boyu seçiciliği üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. Bu, kısmen iletici aynaya doğrusal olarak azalan bir yansıtma özelliği sağlayarak geliştirilebilir. Bu bir Gauss -bir ekranda benzer güç dağılımı ve dalga boyu seçiciliğini veya çözümleme gücünü geliştirir.[19]

Spektral dağılım yasası

VIPA'nın analitik bir hesaplaması ilk olarak Vega tarafından 2003 yılında yapılmıştır. [20] teorisine dayanarak uçak dalgaları ve temel alan geliştirilmiş bir model Fresnel kırınımı teori, Xiao tarafından 2004 yılında geliştirilmiştir.[21]

VIPA'nın ticarileştirilmesi

VIPA cihazları, LightMachinery ve Manx Precision Optics tarafından, çeşitli özelleştirilmiş tasarım parametrelerine sahip spektral dağıtıcı cihazlar veya bileşenler olarak ticarileştirilmiştir.[kaynak belirtilmeli ]

Referanslar

  1. ^ a b Shirasaki, M. (1996). "Sanal olarak görüntülenen bir aşamalı dizi ile geniş açısal dağılım ve bunun bir dalga boyu çoğullama çözücüye uygulanması". Optik Harfler. 21 (5): 366–8. Bibcode:1996OptL ... 21..366S. doi:10.1364 / OL.21.000366. PMID  19865407.
  2. ^ ABD patenti 5,999,320, Shirasaki, M., "Dalga boyu çoğullama çözücü olarak sanal olarak görüntülenen aşamalı dizi" 
  3. ^ Xiao, S .; Weiner, A.M. (2005). "Sanal olarak görüntülenen bir aşamalı dizi (VIPA) kullanan sekiz kanallı bir aşırı ince dalga boyu çözücü". IEEE Fotonik Teknoloji Mektupları. 17 (2): 372. Bibcode:2005 IPTL ... 17..372X. doi:10.1109 / LPT.2004.839017. S2CID  37277234.
  4. ^ Shirasaki, M. (1997). "Sanal olarak görüntülenen aşamalı dizi kullanan kromatik dağılım dengeleyici". IEEE Fotonik Teknoloji Mektupları. 9 (12): 1598–1600. Bibcode:1997 IPTL .... 9.1598S. doi:10.1109/68.643280. S2CID  25043474.
  5. ^ Shirasaki, M .; Cao, S. (Mart 2001). Sanal olarak görüntülenen bir aşamalı dizi kullanılarak kromatik dağılım ve dağılım eğiminin telafisi. 2001 Optik Fiber İletişim Konferansı. Anaheim, CA. Kağıt TuS1.
  6. ^ Shirasaki, M .; Kawahata, Y .; Cao, S .; Ooi, H .; Mitamura, N .; Isono, H .; Ishikawa, G .; Barbarossa, G .; Yang, C .; Lin, C. (Eylül 2000). 40 Gbit / sn. WDM iletim sistemleri için sanal olarak görüntülenen aşamalı diziyi (VIPA) kullanan değişken dağılım kompansatörü. 2000 Avrupa Optik İletişim Konferansı. Münih, Almanya. Kağıt PD-2.3.
  7. ^ Garrett, L. D .; Gnauck, A. H .; Eiselt, M. H .; Tkach, R. W .; Yang, C .; Mao, C .; Cao, S. (Mart 2000). 480 km standart fiber üzerinden 16 X10 Gb / s WDM iletiminde ayarlanabilir dağılım telafisi için sanal olarak görüntülenen aşamalı dizi cihazının gösterimi. 2000 Optik Fiber İletişim Konferansı. Baltimore, MD. Kağıt PD7.
  8. ^ Cao, S .; Lin, C .; Barbarossa, G .; Yang, C. (Temmuz 2001). Sanal olarak görüntülenen bir aşamalı dizi (VIPA) kullanarak dinamik olarak ayarlanabilen dağılım eğimi telafisi. 2001 LEOS Yaz Topical Meetings Tech. Kaz. Copper Mountain, CO.
  9. ^ Lee, G-H; Xiao, S .; Weiner, A. M. (2006). "Sanal olarak görüntülenen bir aşamalı dizi (VIPA) ve uzaysal ışık modülatörü (SLM) kullanan> 4000 ps / nm ayar aralığına sahip optik dağılım dengeleyici". IEEE Fotonik Teknoloji Mektupları. 18 (17): 1819. Bibcode:2006 IPTL ... 18.1819L. doi:10.1109 / LPT.2006.880732. S2CID  2418483.
  10. ^ Miao, H .; Weiner, A. M .; Mirkin, L .; Miller, P.J. (2008). "Sanal olarak görüntülenen aşamalı dizi (VIPA) tabanlı darbe şekillendirici aracılığıyla AII-sıralı polarizasyon modu dağılım (PMD) telafisi". IEEE Fotonik Teknoloji Mektupları. 20 (8): 545. Bibcode:2008 IPTL ... 20..545M. doi:10.1109 / LPT.2008.918893. S2CID  26711798.
  11. ^ Supradeepa, V. R .; Hamidi, E .; Leaird, D. E .; Weiner, A. M. (2010). "Yüksek çözünürlüklü Fourier darbe şekillendirmede zamansal dağılımın yeni yönleri: Sanal olarak görüntülenen aşamalı dizi darbe şekillendiricilerle nicel bir açıklama". Journal of the Optical Society of America B. 27 (9): 1833. arXiv:1004.4693. Bibcode:2010JOSAB..27.1833S. doi:10.1364 / JOSAB.27.001833. S2CID  15594268.
  12. ^ ABD patenti 5,973,838, Shirasaki, M., "Çok katlı dalga boyu bölmeli çoğullamalı (WDM) ışığa bir dalga boyu ayırıcıyla birlikte sanal olarak görüntülenen bir aşamalı dizi (VIPA) içeren cihaz" 
  13. ^ Xiao, S .; Weiner, A.W. (2004). "C-bandında> 1000 kanal potansiyeli olan 2-D dalga boyu demultiplexer". Optik Ekspres. 12 (13): 2895–902. Bibcode:2004OExpr..12.2895X. doi:10.1364 / OPEX.12.002895. PMID  19483805. S2CID  22626277.
  14. ^ Nugent-Glandorf, L .; Neely, T .; Adler, F .; Fleisher, A. J .; Cossel, K. C .; Bjork, B .; Dinneen, T .; Ye, J .; Diddams, S.A. (2012). "Hızlı ve geniş bantlı izleme gazı tespiti için orta kızılötesi sanal olarak görüntülenen aşamalı dizi spektrometresi". Optik Harfler. 37 (15): 3285–7. arXiv:1206.1316. Bibcode:2012OptL ... 37.3285N. doi:10.1364 / OL.37.003285. PMID  22859160. S2CID  16831767.
  15. ^ Tsia, K. K .; Goda, K .; Capewell, D .; Jalali, B. (2009). "Eşzamanlı mekanik taramasız konfokal mikroskopi ve lazer mikrocerrahi". Optik Harfler. 34 (14): 2099–101. Bibcode:2009OptL ... 34.2099T. doi:10.1364 / OL.34.002099. hdl:10722/91309. PMID  19823514.
  16. ^ Bourdarot, G .; Coarer, E. L .; Bonfils, X .; Alecian, E .; Rabou, P .; Magnard, Y. (2017). "NanoVipa: 6U Cubesat'tan genç yıldızların izlenmesi için minyatürleştirilmiş yüksek çözünürlüklü bir echelle spektrometresi". CEAS Uzay Dergisi. 9 (4): 411. Bibcode:2017CEAS .... 9..411B. doi:10.1007 / s12567-017-0168-2. S2CID  125787048.
  17. ^ Antonacci, G .; de Turris, V .; Rosa, A .; Ruocco, G. (2018). "Arka planda sapma Brillouin mikroskobu, ALS proteini FUS tarafından hücre içi stres granüllerinin değiştirilmiş biyomekaniğini ortaya çıkarır". İletişim Biyolojisi. 10 (139): 139. doi:10.1038 / s42003-018-0148-x. PMC  6131551. PMID  30272018.
  18. ^ Metz, P .; Block, H .; Behnke, C .; Krantz, M .; Gerken, M .; Adam, J. (2013). "Ayarlanabilir elastomer tabanlı sanal olarak görüntülenen aşamalı dizi". Optik Ekspres. 21 (3): 3324–35. Bibcode:2013OExpr..21.3324M. doi:10.1364 / OE.21.003324. PMID  23481792.
  19. ^ Shirasaki, M .; Akhter, A. N .; Lin, C. (1999). "Kademeli yansıtma özelliğine sahip sanal olarak görüntülenen aşamalı dizi". IEEE Fotonik Teknoloji Mektupları. 11 (11): 1443. Bibcode:1999 IPTL ... 11.1443S. doi:10.1109/68.803073. S2CID  8915803.
  20. ^ Vega, A .; Weiner, A. M .; Lin, C. (2003). "Sanal olarak görüntülenen faz dizili spektral dağıtıcılar için genelleştirilmiş ızgara denklemi". Uygulamalı Optik. 42 (20): 4152–5. Bibcode:2003ApOpt..42.4152V. doi:10.1364 / AO.42.004152. PMID  12856727.
  21. ^ Xiao, S .; Weiner, A. M .; Lin, C. (2004). "Paraksiyal dalga teorisine dayalı sanal olarak görüntülenen faz dizili spektral dağıtıcılar için bir dağılım yasası". IEEE Kuantum Elektroniği Dergisi. 40 (4): 420. Bibcode:2004IJQE ... 40..420X. doi:10.1109 / JQE.2004.825210. S2CID  1352376.