Rainbow heterodyne detection
مصنوعی صف ہیٹروڈائن کا پتہ لگانے کا مقصد ایک بڑے ایریا ڈیٹیکٹر کی سطح کے علاقوں کو ورچوئل پکسلز میں الگ کرنا ہے۔ یہ جسمانی پکسلز (یعنی تصویر بنانے کے لیے) کے بغیر متعدد پکسلز رکھنے کے فوائد فراہم کرتا ہے۔ الگ تھلگ ڈٹیکٹر عناصر)۔ ڈٹیکٹر ایک سادہ واحد تار آؤٹ پٹ ہو سکتا ہے جس پر تمام ورچوئل پکسلز کو مسلسل اور متوازی طور پر پڑھا جا سکتا ہے۔ پکسلز فریکوئنسی ڈومین میں ملٹی پلیکس ہوتے ہیں۔ خاص دلچسپی کا حامل، یہ آپٹیکل ہیٹروڈائن کا پتہ لگانے میں درپیش دو عام اور پریشان کن مسائل کو حل کرتا ہے۔ سب سے پہلے، ہیٹروڈائن سگنلز سگنل سورس اور ریفرنس سورس (مقامی آسکیلیٹر کے نام سے موسوم) کے درمیان بیٹ فریکوئنسیز ہیں۔ وہ ڈی سی لائٹ لیول نہیں ہیں بلکہ ارتعاش کرنے والے سگنلز ہیں اور اس طرح روایتی ڈٹیکٹرز کے برعکس سگنل سے روشنی کے بہاؤ کو کیپسیٹر پر مربوط نہیں کیا جا سکتا۔ لہذا، پکسلز کی صف رکھنے کے لیے، ہر پکسل کو اے سی ایمپلیفائر اور ڈٹیکشن سرکٹ کی حمایت حاصل ہونی چاہیے جو کہ پیچیدہ ہے۔ مصنوعی صف کا پتہ لگانے کے ساتھ، تمام سگنلز کو ایک ہی سرکٹ کے ذریعے بڑھایا اور پتہ لگایا جا سکتا ہے۔ دوسرا مسئلہ مصنوعی صف کا پتہ لگانا آرائزز کو حل کرتا ہے، پکسل امیجنگ میں نہیں بلکہ اس وقت جب سگنل ڈٹیکٹر کی سطح پر مقامی طور پر مربوط نہ ہو۔ اس صورت میں، پیدا ہونے والی بیٹ فریکوئنسیز ڈٹیکٹر کی سطح پر مختلف مراحل میں ہوتی ہیں اور یہ تباہ کن طور پر کم سگنل آؤٹ پٹ پیدا کرنے میں مداخلت کرتی ہیں۔ مصنوعی صف کا پتہ لگانے میں، ڈٹیکٹر کے ہر علاقے میں اس کی بیٹ فریکوئنسی کے لیے ایک مختلف بنیادی عنصر ہوتا ہے اور اس طرح کوئی مستحکم مداخلت نہیں ہوتی ہے چاہے سگنل کا مرحلہ ڈٹیکٹر کی سطح پر مختلف ہو۔ تصور کی عکاسی شکل 1 مصنوعی صف کے طریقہ کار کے نفاذ کی ایک خاص شکل کو ظاہر کرتی ہے۔ اس عمل کو "رینبو ہیٹروڈائن ڈیٹیکشن" کہا جاتا ہے کیونکہ مقامی آسکیلیٹر کی تعدد ڈٹیکٹر کی سطح پر اندردخش کی طرح پھیل جاتی ہے۔ ڈٹیکٹر سے آؤٹ پٹ ایک کثیر تعدد سگنل ہے۔ اگر یہ آؤٹ پٹ سگنل سپیکٹرل طور پر حل کیا جاتا ہے تو ہر مختلف برقی تعدد ڈٹیکٹر پر مختلف مقام سے مطابقت رکھتی ہے۔ نفاذ کی کلیدی مشکلات اگرچہ تصور سادہ ہے، لیکن ایک کلیدی مشکل ہے جس پر کسی بھی عمل درآمد سے قابو پانا ضروری ہے: اسپریڈ آپٹیکل فریکوئنسیز کا اندردخش کیسے تیار کیا جائے جس کی ڈٹیکٹر کے حوالے سے مختلف فریکوئنسیز کی بینڈوتھ ڈٹیکٹر کے برقی بینڈوتھ سے کم ہو۔ یہ کہنا ہے کہ، ایک عام ڈٹیکٹر میں 100 میگاہرٹز کے پیمانے پر بینڈوتھ ہو سکتا ہے۔ اگر سب سے بڑا فرق تعدد |ω6-ω6 | ہے تو یہ فرق 100 میگاہرٹز سے چھوٹا ہونا ضروری ہے۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ ملحقہ فرق تعدد کے درمیان فاصلہ 100 میگاہرٹز سے کم اور اوسطا 100 میگاہرٹز/پکسلز کی تعداد سے کم ہونا چاہیے۔ یہ دیکھنے کے لیے کہ یہ ایک مسئلہ کیوں پیش کرتا ہے، سفید روشنی کو پریزم کے ساتھ منتشر کرنے پر غور کریں۔ کسی بھی محدود سائز کے پرنزم کے لیے آپ کو حل شدہ (غیر اوور لیپنگ بیملیٹ) بنانے کے لیے کافی بازی نہیں مل سکتی جو ایک میگا ہرٹز سے کم سے مختلف ہو۔ اس طرح منتشر کرنے کے طریقے براڈ بینڈ لائٹ سورس کو تنگ فاصلے کے فرق فریکوئنسی کے ساتھ فریکوئنسی منتقل شدہ بیملیٹس بنانے کے لیے منتشر نہیں کر سکتے، اس کو حاصل کرنے کا ایک ممکنہ طریقہ یہ ہے کہ ہر بیملیٹ کے لیے ایک علیحدہ لیزر سورس ہو۔ ان ذرائع کو قطعی طور پر فریکوئنسی کنٹرول ہونا چاہیے تاکہ ان کے مرکز کی فریکوئنسیز کو مطلوبہ شفٹوں سے الگ کیا جا سکے۔ اس کے ساتھ بنیادی مسئلہ عملی ہے: زیادہ تر لیزرز کی بینڈوتھ اور فریکوئنسی ڈرفٹ 1 میگاہرٹز سے بہت زیادہ ہوتی ہے۔ اس کے لیے درکار لیزرز کافی حد تک تنگ سپیکٹرم طہارت کے ہونے چاہئیں تاکہ وہ سگنل کے منبع کے ساتھ مربوط طور پر مداخلت کر سکیں۔ اس کے باوجود، متعدد تنگ بینڈ صحت سے متعلق فریکوئنسی ٹیونڈ لیزرز کا ہونا بھی پیچیدہ ہے۔ ایکوسٹو آپٹک حل اس کو حاصل کرنے کا ایک عملی طریقہ ایکوسٹو آپٹک ڈیفلیکٹر کا استعمال کرنا ہے۔ یہ آلات ایکوسٹک ڈرائیونگ فریکوئنسی کے تناسب سے آنے والی روشنی کی بیم کو موڑ دیتے ہیں۔ ان کا صوتی تعدد کے ذریعہ آؤٹ پٹ آپٹیکل فریکوئنسی کو منتقل کرنے کا ضمنی اثر بھی ہوتا ہے۔ اس طرح جب ان میں سے ایک کو متعدد صوتی تعدد کے ساتھ چلایا جاتا ہے تو منحرف بیموں کا ایک سلسلہ آپٹیکل تعدد میں ایک چھوٹی اور مختلف شفٹ کے ساتھ خارج ہوتا ہے۔ آسانی سے، یہ کام کرتا ہے یہاں تک کہ اگر ماخذ لیزر میں سپیکٹرم کی پاکیزگی کم ہو کیونکہ بیملیٹ کا ہر ذیلی سپیکٹرم جزو منبع کے ساتھ باہمی مرحلے کے مطابق ہوتا ہے اور اسی تعدد سے منتقل ہوتا ہے۔ خاص طور پر یہ نقطہ نظر سستے، اعلی طاقت یا پلسڈ لیزرز کو ذرائع کے طور پر استعمال کرنے کی اجازت دیتا ہے کیونکہ فریکوئنسی کنٹرول کی ضرورت نہیں ہے۔ شکل 2 اس عمل درآمد کا ایک سادہ 2 "پکسل" ورژن دکھاتا ہے۔ ایک لیزر بیم کو 25 میگاہرٹز اور 29 میگاہرٹز صوتی تعدد کے ذریعے ایک صوتی آپٹک ماڈیولٹر کے ذریعے موڑ دیا جاتا ہے۔ دو بیم ابھرتے ہیں اور دونوں کو اصل لیزر بیم کے ساتھ ڈیٹیکٹر پر ملایا جاتا ہے۔ 25 میگاہرٹز بیملیٹ ڈٹیکٹر کے بائیں نصف حصے کو روشن کرتا ہے جبکہ 29 میگاہرٹز بیملیٹ ڈٹیکٹر کے دائیں نصف حصے کو روشن کرتا ہے۔ ڈٹیکٹر پر سگنل بیم کے خلاف بیٹ تعدد 25 اور 29 میگاہرٹز آؤٹ پٹ تعدد پیدا کرتی ہے۔ اس طرح ہم فرق کر سکتے ہیں کہ کون سے فوٹون ڈٹیکٹر کے بائیں یا دائیں نصف حصے سے ٹکراتے ہیں۔ یہ طریقہ پکسلز کی بڑی تعداد تک پہنچتا ہے کیونکہ اے او ڈی کے ہزاروں قابل حل مقامات (ہر ایک مختلف تعدد کے ساتھ) تجارتی طور پر دستیاب ہیں۔ 2 ڈی صفوں کو دوسرے اے او ڈی کے ساتھ صحیح زاویہ پر ترتیب دیا جا سکتا ہے، یا ہولوگرافک طریقوں سے۔ ملٹی پلیکس طریقہ تعدد کے لحاظ سے ڈٹیکٹر پر تمام مقامی پوزیشنوں کو ملٹی پلیکس کرتا ہے۔ اگر تعدد یکساں طور پر وقفے پر ہوں تو ایک سادہ فورئیر ٹرانسفارم مربوط شبیہہ کو بحال کرتا ہے۔ تاہم، تعدد کا یکساں فاصلہ رکھنے کی کوئی وجہ نہیں ہے تاکہ پکسلز کی تعداد، سائز اور شکل کو متحرک طور پر ایڈجسٹ کیا جا سکے۔ ایل او بیملیٹ کو کم و بیش مضبوط بنا کر ہر پکسل پر ہیٹروڈائن گین کو انفرادی طور پر بھی آزادانہ طور پر تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ اس طرح کوئی بھی روشن پکسلز پر فائدہ کو کم کرکے، اسے مدھم پکسلز پر بڑھا کر، اور ممکنہ طور پر مدھم علاقوں کے لیے بڑے پکسلز کا استعمال کرکے رسیور کی متحرک رینج کو بڑھا سکتا ہے۔ روایتی پکسل صفوں سے موازنہ ملٹی پلیکس تکنیک دو حدود بھی متعارف کراتی ہے۔ امیجنگ کے معاملے میں، سگنلز کو Nyquist ٹائم کانسٹینٹ سے زیادہ تیزی سے تبدیل نہیں ہونا چاہیے جو کہ ملحقہ پکسلز کے درمیان فرق فریکوئنسی سے ظاہر ہوتا ہے۔ اگر ایسا ہوتا ہے تو پکسلز دھندلا یا عرفی ہوتے ہیں۔ (غیر امیجنگ ایپلی کیشنز کے لیے-جیسے کہ جب کوئی محض زیادہ روشنی جمع کرنے کی کوشش کر رہا ہو لیکن مقامی عدم مطابقت کی وجہ سے محدود ہو-کہ عرفیت اہم نہیں ہے کیونکہ اس سے پکسلز کا متضاد مجموعہ تبدیل نہیں ہوتا ہے۔) مزید برآں، جب کوئی شاٹ شور کی حد کے قریب کام کر رہا ہوتا ہے تو ملٹی پلیکس نقطہ نظر شور کے فرش کو بلند کر سکتا ہے کیونکہ تمام پکسلز پوری صف سے شاٹ شور کو دیکھتے ہیں (کیونکہ وہ سب ایک ہی تار سے جڑے ہوئے ہیں)۔ (ایک بار پھر غیر امیجنگ ایپلی کیشنز کے لیے یہ اہم نہیں ہو سکتا)۔ حوالہ جات آپٹو الیکٹرانکس فوٹوونکس