Time-stretch analog-to-digital converter
टाइम-स्ट्रेच एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर (टी. एस.-ए. डी. सी.), जिसे टाइम-स्ट्रेच एनहांस्ड रिकॉर्डर (टी. आई. एस. ई. आर.) के रूप में भी जाना जाता है, एक एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर (ए. डी. सी.) प्रणाली है जिसमें बहुत उच्च बैंडविड्थ संकेतों को डिजिटल बनाने की क्षमता है जिन्हें पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक ए. डी. सी. द्वारा कब्जा नहीं किया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, इसे फोटोनिक टाइम-स्ट्रेच (पीटीएस) डिजिटाइज़र के रूप में भी जाना जाता है, क्योंकि यह एक ऑप्टिकल फ्रंटएंड का उपयोग करता है। यह समय-विस्तार की प्रक्रिया पर निर्भर करता है, जो प्रभावी रूप से समय में एनालॉग संकेत को धीमा कर देता है (या इसकी बैंडविड्थ को संपीड़ित करता है) इससे पहले कि इसे एक मानक इलेक्ट्रॉनिक एडीसी द्वारा डिजिटल किया जा सके। पृष्ठभूमि बहुत तेज गति वाले एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स (ए. डी. सी.) की भारी मांग है, क्योंकि उनकी प्रयोगशालाओं और उच्च गति वाले डेटा संचार प्रणालियों में परीक्षण और माप उपकरण के लिए आवश्यकता होती है। अधिकांश ए. डी. सी. विशुद्ध रूप से इलेक्ट्रॉनिक परिपथों पर आधारित होते हैं, जिनकी गति सीमित होती है और बहुत सारी खामियां जोड़ती हैं, जिससे डिजिटल किए जा सकने वाले संकेतों की बैंडविड्थ और प्राप्त करने योग्य संकेत-से-शोर अनुपात सीमित हो जाता है। टी. एस.-ए. डी. सी. में, इस सीमा को एनालॉग संकेत के समय-विस्तार से दूर किया जाता है, जो डिजिटलीकरण से पहले समय में संकेत को प्रभावी रूप से धीमा कर देता है। ऐसा करने से संकेत की बैंडविड्थ (और वाहक आवृत्ति) संपीड़ित हो जाती है। इलेक्ट्रॉनिक ए. डी. सी. जो मूल संकेत को डिजिटल बनाने के लिए बहुत धीमा होता, अब इस धीमे संकेत को पकड़ने और संसाधित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। ऑपरेशन सिद्धांत टाइम-स्ट्रेच प्रोसेसर, जो आम तौर पर एक ऑप्टिकल फ्रंटएंड होता है, समय पर सिग्नल को फैलाता है। यह एक फिल्टर का उपयोग करके संकेत को कई खंडों में विभाजित करता है, उदाहरण के लिए, एक तरंग दैर्ध्य-विभाजन मल्टीप्लेक्सिंग (डब्ल्यू. डी. एम.) फिल्टर, यह सुनिश्चित करने के लिए कि मूल एनालॉग संकेत खंडों की विस्तारित प्रतिकृति खिंचाव के बाद समय पर एक दूसरे को ओवरलैप नहीं करती है। समय-विस्तारित और धीमा संकेत खंडों को फिर धीमे इलेक्ट्रॉनिक एडीसी द्वारा डिजिटल नमूनों में परिवर्तित किया जाता है। अंत में, इन नमूनों को एक डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर (डीएसपी) द्वारा एकत्र किया जाता है और इस तरह से पुनर्व्यवस्थित किया जाता है कि आउटपुट डेटा मूल एनालॉग सिग्नल का डिजिटल प्रतिनिधित्व हो। टाइम-स्ट्रेच प्रीप्रोसेसर द्वारा संकेत में जोड़ी गई किसी भी विकृति को भी डीएसपी द्वारा हटा दिया जाता है। समय-विस्तार की इस प्रक्रिया को पूरा करने के लिए आमतौर पर एक ऑप्टिकल फ्रंट-एंड का उपयोग किया जाता है। एक अल्ट्राशोर्ट ऑप्टिकल पल्स (आमतौर पर 100 से 200 फेमटोसेकंड लंबा), जिसे सुपरकॉन्टिनम पल्स भी कहा जाता है, जिसमें एक व्यापक ऑप्टिकल बैंडविड्थ होती है, इसे एक अत्यधिक फैलाव माध्यम (जैसे कि फैलाव क्षतिपूर्ति फाइबर) में फैलाकर समय-विस्तारित किया जाता है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप विस्तारित पल्स में (लगभग) रैखिक समय-से-तरंग दैर्ध्य मानचित्रण होता है, क्योंकि विभिन्न तरंग दैर्ध्य फैलाव माध्यम में अलग-अलग गति से यात्रा करते हैं। प्राप्त पल्स को चरप्ड पल्स कहा जाता है क्योंकि इसकी आवृत्ति समय के साथ बदल रही है, और यह आमतौर पर कुछ नैनोसेकंड लंबी होती है। एनालॉग संकेत को एक इलेक्ट्रो-ऑप्टिक तीव्रता मॉड्यूलेटर का उपयोग करके इस चहचहाहट पल्स पर संशोधित किया जाता है। इसके बाद, मॉड्यूलेटेड पल्स को दूसरे फैलाव माध्यम में आगे बढ़ाया जाता है जिसका फैलाव मूल्य बहुत अधिक होता है। अंत में, इस प्राप्त ऑप्टिकल पल्स को एक फोटोडिटेक्टर द्वारा विद्युत क्षेत्र में परिवर्तित किया जाता है, जिससे मूल एनालॉग संकेत की विस्तारित प्रतिकृति मिलती है। निरंतर संचालन के लिए, सुपरकॉन्टिनम पल्स की एक ट्रेन का उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्युलेटर पर पहुँचने वाली चहचहाना दालें (समय पर) इतनी चौड़ी होनी चाहिए कि एक नाड़ी का पिछला किनारा अगली नाड़ी के अग्रणी किनारे को ओवरलैप कर दे। विभाजन के लिए, ऑप्टिकल फिल्टर दूसरे फैलाव माध्यम के उत्पादन पर संकेत को कई तरंग दैर्ध्य चैनलों में अलग करते हैं। प्रत्येक चैनल के लिए, एक अलग फोटोडिटेक्टर और बैकएंड इलेक्ट्रॉनिक एडीसी का उपयोग किया जाता है। अंत में इन ए. डी. सी. का उत्पादन डी. एस. पी. को दिया जाता है जो वांछित डिजिटल उत्पादन उत्पन्न करता है। फोटोनिक टाइम-स्ट्रेच (पीटीएस) प्रणाली की आवेग प्रतिक्रिया पीटीएस प्रोसेसर विशेष एनालॉग ऑप्टिकल (या माइक्रोवेव फोटोनिक) फाइबर लिंक पर आधारित है जैसे कि केबल टीवी वितरण में उपयोग किया जाता है। जबकि फाइबर का फैलाव पारंपरिक एनालॉग ऑप्टिकल लिंक में एक उपद्रव है, समय-विस्तार तकनीक ऑप्टिकल डोमेन में विद्युत तरंग को धीमा करने के लिए इसका फायदा उठाती है। केबल टीवी लिंक में, प्रकाश स्रोत एक निरंतर-तरंग (सी. डब्ल्यू.) लेजर है। पी. टी. एस. में, स्रोत एक चहचहाना पल्स लेजर है। एक पारंपरिक एनालॉग ऑप्टिकल लिंक में, फैलाव ऊपरी और निचले मॉड्यूलेशन साइडबैंड, फॉप्टिकल ± फेक्ट्रिकल, को सापेक्ष चरण में फिसलने का कारण बनता है। कुछ आवृत्तियों पर, ऑप्टिकल वाहक के साथ उनकी धड़कन विनाशकारी रूप से हस्तक्षेप करती है, जिससे प्रणाली की आवृत्ति प्रतिक्रिया में शून्य पैदा होता है। व्यावहारिक प्रणालियों के लिए पहला शून्य दसियों गीगाहर्ट्ज़ पर होता है, जो रुचि के अधिकांश विद्युत संकेतों को संभालने के लिए पर्याप्त है। हालाँकि ऐसा प्रतीत हो सकता है कि फैलाव दंड समय-विस्तार प्रणाली की आवेग प्रतिक्रिया (या बैंडविड्थ) पर एक मौलिक सीमा रखता है, लेकिन इसे समाप्त किया जा सकता है। एकल-साइडबैंड मॉडुलन के साथ फैलाव दंड गायब हो जाता है। वैकल्पिक रूप से, कोई भी मॉड्यूलेटर के माध्यमिक (व्युत्क्रम) आउटपुट पोर्ट का उपयोग फैलाव दंड को समाप्त करने के लिए कर सकता है, ठीक उसी तरह जैसे दो एंटेना वायरलेस संचार में स्थानिक नल को समाप्त कर सकते हैं (इसलिए वाईफाई अभिगम बिंदु के शीर्ष पर दो एंटेना)। इस विन्यास को चरण-विविधता कहा जाता है। अधिकतम अनुपात संयोजन (एम. आर. सी.) एल्गोरिदम का उपयोग करके पूरक आउटपुट का संयोजन आवृत्ति क्षेत्र में एक सपाट प्रतिक्रिया के साथ एक स्थानांतरण कार्य में परिणाम देता है। इस प्रकार, एक समय-विस्तार प्रणाली की आवेग प्रतिक्रिया (बैंडविड्थ) केवल इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेटर की बैंडविड्थ द्वारा सीमित होती है, जो लगभग 120 गीगाहर्ट्ज़ है-एक ऐसा मान जो रुचि के अधिकांश विद्युत तरंगों को पकड़ने के लिए पर्याप्त है। फाइबर की लंबी लंबाई का उपयोग करके अत्यधिक बड़े खिंचाव कारकों को प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन बड़े नुकसान की कीमत पर-एक ऐसी समस्या जिसे फैलाव फाइबर के भीतर रमन प्रवर्धन को नियोजित करके दूर किया गया है, जिससे दुनिया का सबसे तेज़ वास्तविक समय डिजिटाइज़र बन गया है। इसके अलावा, पी. टी. एस. का उपयोग करते हुए, 10-गीगाहर्ट्ज़ बैंडविड्थ रेंज में विश्व रिकॉर्ड रिज़ॉल्यूशन के साथ बहुत उच्च आवृत्ति वाले संकेतों को प्राप्त किया गया है। टाइम लेंस इमेजिंग के साथ तुलना एक अन्य तकनीक, टाइम लेंस का उपयोग करके अस्थायी इमेजिंग, का उपयोग समय में संकेतों (ज्यादातर ऑप्टिकल) को धीमा करने के लिए भी किया जा सकता है। समय-लेंस अवधारणा स्थानिक विवर्तन और लौकिक फैलाव, तथाकथित अंतरिक्ष-समय द्वैतता के बीच गणितीय समानता पर निर्भर करती है। किसी वस्तु से कुछ दूरी पर रखे गए लेंस से वस्तु की आवर्धित छवि बनती है। लेंस ऑप्टिकल तरंगों के स्थानिक आवृत्ति घटकों को एक द्विघात चरण परिवर्तन प्रदान करता है; मुक्त स्थान प्रसार (ऑब्जेक्ट से लेंस, लेंस से आंख) के संयोजन में, यह एक आवर्धित छवि उत्पन्न करता है। पैराक्सियल विवर्तन और लौकिक फैलाव के बीच गणितीय समानता के कारण, एक ऑप्टिकल तरंग रूप को समय पर फैलाने की तीन-चरणीय प्रक्रिया द्वारा अस्थायी रूप से चित्रित किया जा सकता है, इसे एक चरण बदलाव के अधीन किया जा सकता है जो समय में द्विघात है (स्वयं समय लेंस), और इसे फिर से फैलाता है। सैद्धांतिक रूप से, एक केंद्रित विचलन-मुक्त छवि एक विशिष्ट स्थिति के तहत प्राप्त की जाती है जब दो फैलाव तत्व और चरण बदलाव क्लासिक लेंस समीकरण के अस्थायी समकक्ष को संतुष्ट करते हैं। वैकल्पिक रूप से, समय लेंस का उपयोग दूसरे फैलाव तत्व के बिना तरंग के अस्थायी प्रोफ़ाइल को वर्णक्रमीय क्षेत्र में स्थानांतरित करने के लिए किया जा सकता है, जो उस गुण के अनुरूप है जो एक साधारण लेंस अपने केंद्र बिंदु पर किसी वस्तु के स्थानिक फूरियर परिवर्तन का उत्पादन करता है। टाइम-लेंस दृष्टिकोण के विपरीत, पी. टी. एस. स्पेस-टाइम द्वैतता पर आधारित नहीं है-कोई लेंस समीकरण नहीं है जिसे इनपुट तरंग के त्रुटि-मुक्त स्लो-डाउन संस्करण को प्राप्त करने के लिए संतुष्ट करने की आवश्यकता है। समय-विस्तार तकनीक निरंतर-समय अधिग्रहण प्रदर्शन भी प्रदान करती है, जो ऑसिलोस्कोप के मुख्यधारा के अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक एक विशेषता है। दोनों तकनीकों के बीच एक और महत्वपूर्ण अंतर यह है कि टाइम लेंस को आगे की प्रक्रिया से पहले इनपुट सिग्नल को उच्च मात्रा में फैलाव के अधीन करने की आवश्यकता होती है। विद्युत तरंगों के लिए, आवश्यक विशेषताओं वाले इलेक्ट्रॉनिक उपकरण मौजूद नहीं हैंः (1) उच्च फैलाव और हानि अनुपात, (2) समान फैलाव, और (3) व्यापक बैंडविड्थ। यह टाइम लेंस को वाइडबैंड विद्युत तरंगों को धीमा करने के लिए उपयुक्त नहीं बनाता है। इसके विपरीत, पी. टी. एस. की ऐसी आवश्यकता नहीं है। इसे विशेष रूप से विद्युत तरंगों को धीमा करने और उच्च गति वाले डिजिटाइज़र को सक्षम करने के लिए विकसित किया गया था। फेज स्ट्रेच ट्रांसफॉर्म या पी. एस. टी. सिग्नल और इमेज प्रोसेसिंग के लिए एक कम्प्यूटेशनल दृष्टिकोण है। इसकी उपयोगिताओं में से एक विशेषता का पता लगाने और वर्गीकरण के लिए है। फेज स्ट्रेच ट्रांसफॉर्म टाइम स्ट्रेच डिस्पर्सिव फूरियर ट्रांसफॉर्म पर शोध से एक स्पिन-ऑफ है। यह इंजीनियर 3डी फैलाव गुण (अपवर्तक सूचकांक) के साथ एक विवर्तनशील माध्यम के माध्यम से प्रसार का अनुकरण करके छवि को बदल देता है। इमेजिंग और स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए अनुप्रयोग वाइडबैंड ए/डी रूपांतरण के अलावा, फोटोनिक टाइम-स्ट्रेच (पीटीएस) भी उच्च-थ्रूपुट वास्तविक-समय उपकरण जैसे इमेजिंग और स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए एक सक्षम तकनीक है। चरण और तीव्रता स्थानिक प्रोफाइल के एक साथ माप द्वारा रक्त कोशिकाओं से कैंसर कोशिकाओं के निदान की सटीकता में सुधार करने के लिए पहली कृत्रिम बुद्धिमत्ता से युक्त उच्च गति चरण सूक्ष्मदर्शी का प्रदर्शन किया गया है। दुनिया की सबसे तेज ऑप्टिकल इमेजिंग विधि जिसे सीरियल टाइम-एन्कोडेड एम्पलीफाइड माइक्रोस्कोपी (स्टीम) कहा जाता है, एकल-पिक्सेल फोटोडिटेक्टर और वाणिज्यिक एडीसी का उपयोग करके छवि प्राप्त करने के लिए पीटीएस तकनीक का उपयोग करती है। तरंगदैर्घ्य-समय स्पेक्ट्रोस्कोपी, जो फोटोनिक समय-विस्तार तकनीक पर भी निर्भर करती है, तेजी से विकसित या उतार-चढ़ाव वाले स्पेक्ट्रा के वास्तविक समय एकल-शॉट माप की अनुमति देती है। टाइम स्ट्रेच क्वांटिटेटिव फेज इमेजिंग (टी. एस.-क्यू. पी. आई.) चरण और तीव्रता स्थानिक प्रोफाइल के एक साथ माप के लिए समय-विस्तार तकनीक पर आधारित एक इमेजिंग तकनीक है। समय विस्तारित इमेजिंग में, वस्तु की स्थानिक जानकारी को उप-नैनोसेकंड की पल्स अवधि के भीतर लेजर पल्स के स्पेक्ट्रम में एन्कोड किया जाता है। कैमरे के एक फ्रेम का प्रतिनिधित्व करने वाली प्रत्येक पल्स को समय पर बढ़ाया जाता है ताकि इसे इलेक्ट्रॉनिक एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर (एडीसी) द्वारा वास्तविक समय में डिजिटल किया जा सके। अल्ट्रा-फास्ट पल्स इल्युमिनेशन धुंधला-मुक्त इमेजिंग प्राप्त करने के लिए उच्च गति वाली कोशिकाओं या प्रवाह में कणों की गति को रोक देता है। संदर्भ आगे पढ़ने के लिए जी. सी. वैली, "फोटोनिक एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स", ऑप्ट। एक्सप्रेस, वॉल्यूम। 15, नहीं। 5, पीपी। 1955-1982, मार्च 2007। त्वरित वाइडबैंड ए/डी रूपांतरण (पी. एच. ओ. बी. आई. ए. सी.) परियोजना के लिए फोटोनिक बैंडविड्थ संपीड़न। अल्ट्रावाइडबैंड संकेतों के समय-आवृत्ति विश्लेषण के लिए अल्पकालिक फूरियर परिवर्तन फोटोनिक्स एनालॉग सर्किट ऑप्टिकल उपकरण फाइबर-ऑप्टिक संचार इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग मापन उपकरण