Time-stretch analog-to-digital converter
ટાઇમ-સ્ટ્રેચ એનાલોગ-ટુ-ડિજિટલ કન્વર્ટર (ટી. એસ.-એ. ડી. સી.), જેને ટાઇમ-સ્ટ્રેચ એન્હાન્સડ રેકોર્ડર (ટી. આઈ. એસ. ઈ. આર.) તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે એનાલોગ-ટુ-ડિજિટલ કન્વર્ટર (એ. ડી. સી.) સિસ્ટમ છે જે ખૂબ ઊંચા બેન્ડવિડ્થ સંકેતોને ડિજિટાઇઝ કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે જે પરંપરાગત ઇલેક્ટ્રોનિક એ. ડી. સી. દ્વારા કબજે કરી શકાતા નથી. વૈકલ્પિક રીતે, તેને ફોટોનિક ટાઇમ-સ્ટ્રેચ (PTS) ડિજિટાઇઝર તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, કારણ કે તે ઓપ્ટિકલ ફ્રન્ટએન્ડનો ઉપયોગ કરે છે. તે સમય-વિસ્તરણની પ્રક્રિયા પર આધાર રાખે છે, જે પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોનિક એડીસી દ્વારા ડિજિટાઇઝ કરી શકાય તે પહેલાં એનાલોગ સિગ્નલને અસરકારક રીતે સમયસર ધીમું કરે છે (અથવા તેની બેન્ડવિડ્થને સંકુચિત કરે છે). પૃષ્ઠભૂમિ ખૂબ જ ઝડપી એનાલોગ-થી-ડિજિટલ કન્વર્ટર્સ (એ. ડી. સી.) ની ભારે માંગ છે, કારણ કે તે પ્રયોગશાળાઓમાં અને ઉચ્ચ ગતિ ડેટા સંચાર પ્રણાલીઓમાં પરીક્ષણ અને માપન ઉપકરણો માટે જરૂરી છે. મોટાભાગના એ. ડી. સી. સંપૂર્ણપણે ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ્સ પર આધારિત હોય છે, જે મર્યાદિત ઝડપ ધરાવે છે અને ઘણી બધી ક્ષતિઓ ઉમેરે છે, જે સંકેતોની બેન્ડવિડ્થને મર્યાદિત કરે છે જેને ડિજિટાઇઝ કરી શકાય છે અને સિગ્નલ-ટુ-અવાજ ગુણોત્તર પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. ટી. એસ.-એ. ડી. સી. માં, એનાલોગ સિગ્નલને સમય-ખેંચાણ દ્વારા આ મર્યાદાને દૂર કરવામાં આવે છે, જે ડિજિટાઇઝેશન પહેલાં સમયસર સિગ્નલને અસરકારક રીતે ધીમું કરે છે. આમ કરવાથી, સિગ્નલની બેન્ડવિડ્થ (અને વાહક આવર્તન) સંકુચિત થાય છે. ઇલેક્ટ્રોનિક એ. ડી. સી. કે જે મૂળ સિગ્નલને ડિજિટાઇઝ કરવા માટે ખૂબ ધીમા હોત, તેનો ઉપયોગ હવે આ સ્લો ડાઉન સિગ્નલને પકડવા અને પ્રક્રિયા કરવા માટે થઈ શકે છે. ઓપરેશન સિદ્ધાંત ટાઇમ-સ્ટ્રેચ પ્રોસેસર, જે સામાન્ય રીતે ઓપ્ટિકલ ફ્રન્ટએન્ડ હોય છે, તે સમયસર સિગ્નલને લંબાવે છે. તે ફિલ્ટરનો ઉપયોગ કરીને સિગ્નલને બહુવિધ સેગમેન્ટ્સમાં પણ વિભાજિત કરે છે, ઉદાહરણ તરીકે, તરંગલંબાઇ-વિભાજન મલ્ટિપ્લેક્સિંગ (ડબલ્યુ. ડી. એમ.) ફિલ્ટર, તે સુનિશ્ચિત કરવા માટે કે મૂળ એનાલોગ સિગ્નલ સેગમેન્ટ્સની ખેંચાયેલી પ્રતિકૃતિ ખેંચાઈ પછી સમયસર એકબીજાને ઓવરલેપ ન કરે. સમય-વિસ્તૃત અને ધીમું સિગ્નલ સેગમેન્ટ્સ પછી ધીમા ઇલેક્ટ્રોનિક એડીસી દ્વારા ડિજિટલ નમૂનાઓમાં રૂપાંતરિત થાય છે. છેવટે, આ નમૂનાઓ ડિજિટલ સિગ્નલ પ્રોસેસર (ડીએસપી) દ્વારા એકત્રિત કરવામાં આવે છે અને એવી રીતે ફરીથી ગોઠવવામાં આવે છે કે આઉટપુટ ડેટા મૂળ એનાલોગ સિગ્નલની ડિજિટલ રજૂઆત હોય. ટાઇમ-સ્ટ્રેચ પ્રીપ્રોસેસર દ્વારા સિગ્નલમાં ઉમેરવામાં આવેલી કોઈપણ વિકૃતિ પણ ડીએસપી દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે. સમય-ખેંચાણની આ પ્રક્રિયાને પૂર્ણ કરવા માટે સામાન્ય રીતે ઓપ્ટિકલ ફ્રન્ટ-એન્ડનો ઉપયોગ થાય છે. અલ્ટ્રાશોર્ટ ઓપ્ટિકલ પલ્સ (સામાન્ય રીતે 100 થી 200 ફેમ્ટોસેકન્ડ્સ લાંબી), જેને સુપરકોન્ટિનમ પલ્સ પણ કહેવાય છે, જે વ્યાપક ઓપ્ટિકલ બેન્ડવિડ્થ ધરાવે છે, તેને અત્યંત વિખેરાયેલા માધ્યમ (જેમ કે વિખેરણ વળતર ફાઇબર) માં વિખેરાઈને સમય-ખેંચાય છે. આ પ્રક્રિયા ખેંચાયેલા પલ્સમાં (લગભગ) રેખીય સમય-થી-તરંગલંબાઇના મેપિંગમાં પરિણમે છે, કારણ કે વિખેરાયેલા માધ્યમમાં વિવિધ તરંગલંબાઇ વિવિધ ઝડપે મુસાફરી કરે છે. પ્રાપ્ત પલ્સને ચિર્પ્ડ પલ્સ કહેવામાં આવે છે કારણ કે તેની આવર્તન સમય સાથે બદલાતી રહે છે, અને તે સામાન્ય રીતે થોડા નેનોસેકન્ડ્સ લાંબી હોય છે. ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક ઇન્ટેન્સિટી મોડ્યુલેટરનો ઉપયોગ કરીને એનાલોગ સિગ્નલને આ ચીર્પ્ડ પલ્સ પર મોડ્યુલેટ કરવામાં આવે છે. ત્યારબાદ, મોડ્યુલેટેડ પલ્સ બીજા ડિસ્પર્સિવ માધ્યમમાં વધુ ખેંચાય છે, જેનું ડિસ્પર્શન મૂલ્ય ઘણું વધારે હોય છે. છેવટે, આ મેળવેલ ઓપ્ટિકલ પલ્સ ફોટોડિટેક્ટર દ્વારા વિદ્યુત ક્ષેત્રમાં રૂપાંતરિત થાય છે, જે મૂળ એનાલોગ સિગ્નલની ખેંચાયેલી પ્રતિકૃતિ આપે છે. સતત કામગીરી માટે, સુપરકોન્ટિનમ પલ્સની ટ્રેનનો ઉપયોગ થાય છે. ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટર પર પહોંચતા કર્કશ કઠોળ પૂરતા પ્રમાણમાં (સમયસર) પહોળા હોવા જોઈએ જેથી એક નાડીની પાછળની ધાર આગામી નાડીની આગળની ધારને ઓવરલેપ કરે. વિભાજન માટે, ઓપ્ટિકલ ફિલ્ટર્સ બીજા વિખેરાયેલા માધ્યમના આઉટપુટ પર સિગ્નલને બહુવિધ તરંગલંબાઇ ચેનલોમાં અલગ કરે છે. દરેક ચેનલ માટે, એક અલગ ફોટોડિટેક્ટર અને બેકએન્ડ ઇલેક્ટ્રોનિક એડીસીનો ઉપયોગ થાય છે. છેવટે આ એ. ડી. સી. નું આઉટપુટ ડી. એસ. પી. ને આપવામાં આવે છે જે ઇચ્છિત ડિજિટલ આઉટપુટ ઉત્પન્ન કરે છે. ફોટોનિક ટાઇમ-સ્ટ્રેચ (PTS) સિસ્ટમનો આવેગ પ્રતિસાદ PTS પ્રોસેસર વિશિષ્ટ એનાલોગ ઓપ્ટિકલ (અથવા માઇક્રોવેવ ફોટોનિક) ફાઇબર લિંક્સ પર આધારિત છે જેમ કે કેબલ ટીવી વિતરણમાં વપરાય છે. જ્યારે ફાઇબરનું વિખેરણ પરંપરાગત એનાલોગ ઓપ્ટિકલ લિંક્સમાં ઉપદ્રવ છે, ત્યારે સમય-ખેંચાણ તકનીક ઓપ્ટિકલ ડોમેનમાં વિદ્યુત તરંગ સ્વરૂપને ધીમું કરવા માટે તેનો ઉપયોગ કરે છે. કેબલ ટીવી લિંકમાં, પ્રકાશ સ્રોત સતત-તરંગ (સીડબ્લ્યુ) લેસર છે. પી. ટી. એસ. માં, સ્રોત ચીર્પ્ડ પલ્સ લેસર છે. પરંપરાગત એનાલોગ ઓપ્ટિકલ કડીમાં, વિક્ષેપ ઉપલા અને નીચલા મોડ્યુલેશન સાઇડબેન્ડ્સ, ફોપ્ટિકલ ± ફેક્ટ્રિકલ, સંબંધિત તબક્કામાં સરકી જવાનું કારણ બને છે. ચોક્કસ આવર્તન પર, ઓપ્ટિકલ વાહક સાથેના તેમના ધબકારા વિનાશક રીતે દખલ કરે છે, જે સિસ્ટમના આવર્તન પ્રતિભાવમાં શૂન્ય બનાવે છે. વ્યવહારુ પ્રણાલીઓ માટે પ્રથમ શૂન્ય દસ ગીગાહર્ટ્ઝ પર હોય છે, જે રસના મોટાભાગના વિદ્યુત સંકેતોને સંભાળવા માટે પૂરતું છે. તેમ છતાં એવું લાગે છે કે ડિસ્પર્શન પેનલ્ટી ટાઇમ-સ્ટ્રેચ સિસ્ટમના આવેગ પ્રતિસાદ (અથવા બેન્ડવિડ્થ) પર મૂળભૂત મર્યાદા મૂકે છે, તેને દૂર કરી શકાય છે. સિંગલ-સાઇડબેન્ડ મોડ્યુલેશન સાથે ડિસ્પર્શન પેનલ્ટી અદૃશ્ય થઈ જાય છે. વૈકલ્પિક રીતે, કોઈ પણ વ્યક્તિ પ્રસરણ દંડને દૂર કરવા માટે મોડ્યુલેટરના ગૌણ (વ્યસ્ત) આઉટપુટ પોર્ટનો ઉપયોગ કરી શકે છે, જે રીતે બે એન્ટેના વાયરલેસ સંચારમાં અવકાશી શૂન્યને દૂર કરી શકે છે (તેથી વાઇફાઇ એક્સેસ પોઇન્ટની ટોચ પરના બે એન્ટેના). આ રૂપરેખાંકનને તબક્કા-વિવિધતા કહેવામાં આવે છે. મહત્તમ ગુણોત્તર સંયોજન (એમઆરસી) અલ્ગોરિધમનો ઉપયોગ કરીને પૂરક આઉટપુટનું સંયોજન કરવાથી આવર્તન ક્ષેત્રમાં સપાટ પ્રતિસાદ સાથે ટ્રાન્સફર ફંક્શનમાં પરિણમે છે. આમ, ટાઇમ-સ્ટ્રેચ સિસ્ટમનો આવેગ પ્રતિસાદ (બેન્ડવિડ્થ) માત્ર ઇલેક્ટ્રો-ઓપ્ટિક મોડ્યુલેટરની બેન્ડવિડ્થ દ્વારા મર્યાદિત હોય છે, જે લગભગ 120 ગીગાહર્ટ્ઝ છે-જે મૂલ્ય રસના મોટાભાગના વિદ્યુત તરંગરૂપોને પકડવા માટે પૂરતું છે. ફાઇબરની લાંબી લંબાઈનો ઉપયોગ કરીને અત્યંત મોટા ખેંચાણ પરિબળો મેળવી શકાય છે, પરંતુ મોટા નુકસાનની કિંમત પર-એક સમસ્યા જે વિખેરાયેલા ફાઇબરની અંદર જ રમન એમ્પ્લીફિકેશનનો ઉપયોગ કરીને દૂર કરવામાં આવી છે, જે વિશ્વના સૌથી ઝડપી રીઅલ-ટાઇમ ડિજિટાઇઝર તરફ દોરી જાય છે. ઉપરાંત, પી. ટી. એસ. નો ઉપયોગ કરીને, 10-ગીગાહર્ટ્ઝ બેન્ડવિડ્થ રેન્જમાં વિશ્વ વિક્રમ રીઝોલ્યુશન સાથે ખૂબ જ ઉચ્ચ-આવર્તન સંકેતો મેળવવામાં આવ્યા છે. ટાઇમ લેન્સ ઇમેજિંગ સાથે સરખામણી અન્ય એક તકનીક, ટાઇમ લેન્સનો ઉપયોગ કરીને ટેમ્પોરલ ઇમેજિંગનો ઉપયોગ સમયસર (મોટે ભાગે ઓપ્ટિકલ) સંકેતોને ધીમું કરવા માટે પણ થઈ શકે છે. સમય-લેન્સ ખ્યાલ અવકાશી વિવર્તન અને અસ્થાયી વિક્ષેપ, કહેવાતી અવકાશ-સમય દ્વૈતતા વચ્ચેની ગાણિતિક સમાનતા પર આધાર રાખે છે. ઑબ્જેક્ટથી અંતરે રાખવામાં આવેલ લેન્સ ઑબ્જેક્ટની વિસ્તૃત છબી ઉત્પન્ન કરે છે. લેન્સ ઓપ્ટિકલ તરંગોના અવકાશી આવર્તન ઘટકોને દ્વિઘાત તબક્કાની પાળી પ્રદાન કરે છે; મુક્ત જગ્યાના પ્રસાર (ઓબ્જેક્ટથી લેન્સ, લેન્સથી આંખ) સાથે જોડાણમાં, આ એક વિસ્તૃત છબી ઉત્પન્ન કરે છે. પેરાક્સિયલ ડિફ્રેક્શન અને ટેમ્પોરલ ડિસ્પર્શન વચ્ચેની ગાણિતિક સમાનતાને કારણે, ઓપ્ટિકલ વેવફોર્મને સમયસર વિખેરવાની ત્રણ-પગલાંની પ્રક્રિયા દ્વારા અસ્થાયી રીતે છબી બનાવી શકાય છે, જે તેને ફેઝ શિફ્ટને આધિન કરે છે જે સમયમાં દ્વિઘાત હોય છે (ટાઇમ લેન્સ પોતે), અને તેને ફરીથી વિખેરવામાં આવે છે. સૈદ્ધાંતિક રીતે, એક કેન્દ્રિત વિચલન-મુક્ત છબી ચોક્કસ સ્થિતિ હેઠળ પ્રાપ્ત થાય છે જ્યારે બે વિખેરાયેલા તત્વો અને ફેઝ શિફ્ટ ક્લાસિક લેન્સ સમીકરણના ટેમ્પોરલ સમકક્ષને સંતોષે છે. વૈકલ્પિક રીતે, ટાઇમ લેન્સનો ઉપયોગ બીજા વિખેરાયેલા તત્વ વિના તરંગ સ્વરૂપની ટેમ્પોરલ પ્રોફાઇલને સ્પેક્ટ્રલ ડોમેનમાં સ્થાનાંતરિત કરવા માટે કરી શકાય છે, જે સામાન્ય લેન્સ તેના કેન્દ્ર બિંદુઓ પર ઑબ્જેક્ટનું અવકાશી ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ ઉત્પન્ન કરે છે. ટાઇમ-લેન્સ અભિગમથી વિપરીત, પી. ટી. એસ. સ્પેસ-ટાઇમ દ્વૈતતા પર આધારિત નથી-ત્યાં કોઈ લેન્સ સમીકરણ નથી કે જેને ઇનપુટ વેવફોર્મનું ભૂલ-મુક્ત ધીમું-ડાઉન સંસ્કરણ મેળવવા માટે સંતુષ્ટ કરવાની જરૂર હોય. ટાઇમ-સ્ટ્રેચ તકનીક સતત-સમય સંપાદન કામગીરી પણ પ્રદાન કરે છે, જે ઓસિલોસ્કોપના મુખ્ય પ્રવાહના ઉપયોગો માટે જરૂરી સુવિધા છે. બે તકનીકો વચ્ચેનો બીજો મહત્વનો તફાવત એ છે કે ટાઇમ લેન્સને વધુ પ્રક્રિયા કરતા પહેલા ઇનપુટ સિગ્નલને વધુ પ્રમાણમાં ફેલાવવાની જરૂર પડે છે. વિદ્યુત તરંગરૂપો માટે, જરૂરી લાક્ષણિકતાઓ ધરાવતા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો અસ્તિત્વમાં નથીઃ (1) ઉચ્ચ પ્રસરણ અને નુકસાન ગુણોત્તર, (2) સમાન પ્રસરણ, અને (3) વ્યાપક બેન્ડવિડ્થ. આ વાઈડબેન્ડ વિદ્યુત તરંગ સ્વરૂપોને ધીમું કરવા માટે યોગ્ય ન હોય તેવા ટાઇમ લેન્સને પ્રસ્તુત કરે છે. તેનાથી વિપરીત, PTSમાં આવી કોઈ જરૂરિયાત નથી. તે ખાસ કરીને વિદ્યુત તરંગ સ્વરૂપોને ધીમું કરવા અને હાઇ સ્પીડ ડિજિટાઇઝર્સને સક્ષમ કરવા માટે વિકસાવવામાં આવ્યું હતું. ફેઝ સ્ટ્રેચ ટ્રાન્સફોર્મ અથવા પી. એસ. ટી. એ સિગ્નલ અને ઇમેજ પ્રોસેસિંગ માટેનો કોમ્પ્યુટેશનલ અભિગમ છે. તેની ઉપયોગિતાઓમાંની એક સુવિધા લક્ષણ શોધ અને વર્ગીકરણ માટે છે. ફેઝ સ્ટ્રેચ ટ્રાન્સફોર્મ એ ટાઇમ સ્ટ્રેચ ડિસ્પર્સિવ ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ પરના સંશોધનનું સ્પિન-ઓફ છે. તે એન્જિનિયર્ડ 3D ડિસ્પર્સિવ પ્રોપર્ટી (રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ) સાથે ડિફ્રેક્ટિવ માધ્યમ દ્વારા પ્રસારનું અનુકરણ કરીને છબીને પરિવર્તિત કરે છે. ઇમેજિંગ અને સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી માટે ઉપયોગ વાઈડબેન્ડ એ/ડી રૂપાંતરણ ઉપરાંત, ફોટોનિક ટાઇમ-સ્ટ્રેચ (પીટીએસ) એ ઇમેજિંગ અને સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી જેવા ઉચ્ચ-થ્રુપુટ રીઅલ-ટાઇમ ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન માટે પણ સક્ષમ તકનીક છે. પ્રથમ આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ સુવિધાયુક્ત હાઇ-સ્પીડ ફેઝ માઇક્રોસ્કોપીને તબક્કા અને તીવ્રતાની અવકાશી રૂપરેખાઓના એક સાથે માપન દ્વારા રક્ત કોશિકાઓમાંથી કેન્સરના કોષોના નિદાનની ચોકસાઈમાં સુધારો કરવા માટે દર્શાવવામાં આવે છે. સીરીયલ ટાઇમ-એન્કોડેડ એમ્પ્લિફાઇડ માઇક્રોસ્કોપી (સ્ટીમ) નામની વિશ્વની સૌથી ઝડપી ઓપ્ટિકલ ઇમેજિંગ પદ્ધતિ સિંગલ-પિક્સેલ ફોટોડિટેક્ટર અને વ્યાપારી એડીસીનો ઉપયોગ કરીને છબી મેળવવા માટે પીટીએસ તકનીકનો ઉપયોગ કરે છે. તરંગલંબાઇ-સમય સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી, જે ફોટોનિક ટાઇમ-સ્ટ્રેચ તકનીક પર પણ આધાર રાખે છે, ઝડપથી વિકસતા અથવા વધઘટ થતા વર્ણપટના વાસ્તવિક-સમયના સિંગલ-શોટ માપનને મંજૂરી આપે છે. ટાઇમ સ્ટ્રેચ ક્વોન્ટિટેટિવ ફેઝ ઇમેજિંગ (ટી. એસ.-ક્યુપીઆઈ) એ તબક્કા અને તીવ્રતાના અવકાશી રૂપરેખાઓના એક સાથે માપન માટે ટાઇમ-સ્ટ્રેચ ટેકનોલોજી પર આધારિત ઇમેજિંગ તકનીક છે. સમય ખેંચાયેલા ઇમેજિંગમાં, પદાર્થની અવકાશી માહિતી સબ-નેનોસેકન્ડ્સના પલ્સ સમયગાળાની અંદર લેસર પલ્સના સ્પેક્ટ્રમમાં એન્કોડ કરવામાં આવે છે. કેમેરાની એક ફ્રેમનું પ્રતિનિધિત્વ કરતી દરેક પલ્સ પછી સમયસર ખેંચવામાં આવે છે જેથી તેને ઇલેક્ટ્રોનિક એનાલોગ-ટુ-ડિજિટલ કન્વર્ટર (ADC) દ્વારા વાસ્તવિક સમયમાં ડિજિટાઇઝ કરી શકાય. અલ્ટ્રા-ફાસ્ટ પલ્સ ઇલ્યુમિનેશન બ્લર-ફ્રી ઇમેજિંગ પ્રાપ્ત કરવા માટે હાઇ-સ્પીડ કોષો અથવા પ્રવાહમાં રહેલા કણોની ગતિને સ્થિર કરે છે. સંદર્ભો વધુ વાંચન જી. સી. વેલી, "ફોટોનિક એનાલોગ-ટુ-ડિજિટલ કન્વર્ટર્સ", પસંદ કરો. એક્સપ્રેસ, વોલ્યુમ. 15, ના. 5, પીપી. 1955-1982, માર્ચ 2007. ત્વરિત વાઈડબેન્ડ એ/ડી રૂપાંતરણ (પી. એચ. ઓ. બી. આઈ. એ. સી.) પ્રોજેક્ટ માટે ફોટોનિક બેન્ડવિડ્થ સંકોચન. અલ્ટ્રાવાઇડબેન્ડ સંકેતોના સમય-આવર્તન વિશ્લેષણ માટે ટૂંકા સમયનું ફોરિયર પરિવર્તન ફોટોનિક્સ એનાલોગ સર્કિટ્સ ઓપ્ટિકલ ઉપકરણો ફાઇબર-ઓપ્ટિક સંચાર ઇલેક્ટ્રોનિક ઇજનેરી માપન સાધનો