Time-stretch analog-to-digital converter
ٹائم اسٹریچ اینالاگ ٹو ڈیجیٹل کنورٹر (ٹی ایس-اے ڈی سی)، جسے ٹائم اسٹریچ انہانسڈ ریکارڈر (ٹی آئی ایس ای آر) بھی کہا جاتا ہے، ایک اینالاگ ٹو ڈیجیٹل کنورٹر (اے ڈی سی) سسٹم ہے جو بہت زیادہ بینڈوتھ سگنلز کو ڈیجیٹائز کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے جسے روایتی الیکٹرانک اے ڈی سی کے ذریعے حاصل نہیں کیا جا سکتا۔ متبادل طور پر، اسے فوٹونک ٹائم اسٹریچ (پی ٹی ایس) ڈیجیٹائزر کے نام سے بھی جانا جاتا ہے، کیونکہ یہ آپٹیکل فرنٹ اینڈ کا استعمال کرتا ہے۔ یہ ٹائم اسٹریچ کے عمل پر انحصار کرتا ہے، جو کسی معیاری الیکٹرانک اے ڈی سی کے ذریعے ڈیجیٹائز ہونے سے پہلے مؤثر طریقے سے وقت میں اینالاگ سگنل کو سست کر دیتا ہے (یا اس کی بینڈوتھ کو کمپریس کرتا ہے)۔ پس منظر بہت تیز رفتار اینالاگ سے ڈیجیٹل کنورٹرز (اے ڈی سی) کی بہت زیادہ مانگ ہے، کیونکہ وہ لیبارٹریوں اور تیز رفتار ڈیٹا مواصلاتی نظاموں میں جانچ اور پیمائش کے آلات کے لیے درکار ہیں۔ زیادہ تر اے ڈی سی خالصتا الیکٹرانک سرکٹس پر مبنی ہوتے ہیں، جن کی رفتار محدود ہوتی ہے اور بہت سی خرابیاں شامل ہوتی ہیں، جس سے سگنلز کی بینڈوتھ کو محدود کیا جاتا ہے جسے ڈیجیٹائز کیا جا سکتا ہے اور قابل حصول سگنل سے شور کا تناسب۔ ٹی ایس-اے ڈی سی میں، اینالاگ سگنل کو وقت کے ساتھ پھیلا کر اس حد پر قابو پایا جاتا ہے، جو ڈیجیٹائزیشن سے پہلے وقت میں سگنل کو مؤثر طریقے سے سست کر دیتا ہے۔ ایسا کرنے سے سگنل کی بینڈوتھ (اور کیریئر فریکوئنسی) کو کمپریس کیا جاتا ہے۔ الیکٹرانک اے ڈی سی جو اصل سگنل کو ڈیجیٹائز کرنے میں بہت سست ہوتے اب اس سست سگنل کو پکڑنے اور اس پر کارروائی کرنے کے لیے استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ آپریشن کا اصول ٹائم اسٹریچ پروسیسر، جو عام طور پر آپٹیکل فرنٹ اینڈ ہوتا ہے، وقت پر سگنل کو پھیلاتا ہے۔ یہ فلٹر کا استعمال کرتے ہوئے سگنل کو متعدد حصوں میں بھی تقسیم کرتا ہے، مثال کے طور پر، ایک ویو لینتھ ڈویژن ملٹی پلیکسنگ (ڈبلیو ڈی ایم) فلٹر، تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ اصل اینالاگ سگنل کے حصوں کی پھیلی ہوئی نقل کھینچنے کے بعد وقت پر ایک دوسرے کو اوورلیپ نہ کرے۔ وقت کے پھیلاؤ اور سست سگنل کے حصوں کو پھر سست الیکٹرانک اے ڈی سی کے ذریعے ڈیجیٹل نمونوں میں تبدیل کیا جاتا ہے۔ آخر میں، ان نمونوں کو ڈیجیٹل سگنل پروسیسر (ڈی ایس پی) کے ذریعے جمع کیا جاتا ہے اور اس انداز میں دوبارہ ترتیب دیا جاتا ہے کہ آؤٹ پٹ ڈیٹا اصل اینالاگ سگنل کی ڈیجیٹل نمائندگی ہو۔ ٹائم اسٹریچ پری پروسیسر کے ذریعے سگنل میں جو بھی بگاڑ شامل کیا جاتا ہے اسے بھی ڈی ایس پی کے ذریعے ہٹا دیا جاتا ہے۔ وقت کو پھیلانے کے اس عمل کو پورا کرنے کے لیے عام طور پر آپٹیکل فرنٹ اینڈ استعمال کیا جاتا ہے۔ ایک الٹرا شارٹ آپٹیکل پلس (عام طور پر 100 سے 200 فیمٹوسیکنڈز لمبی)، جسے سپر کانٹینیم پلس بھی کہا جاتا ہے، جس میں ایک وسیع آپٹیکل بینڈوڈتھ ہوتی ہے، اسے ایک انتہائی منتشر میڈیم (جیسے منتشر معاوضہ فائبر) میں منتشر کرکے وقت کی توسیع کی جاتی ہے۔ اس عمل کے نتیجے میں پھیلی ہوئی نبض میں (تقریبا) لکیری وقت سے طول موج کی نقشہ سازی ہوتی ہے، کیونکہ مختلف طول موج منتشر میڈیم میں مختلف رفتار سے سفر کرتی ہیں۔ حاصل شدہ نبض کو چرپڈ پلس کہا جاتا ہے کیونکہ اس کی تعدد وقت کے ساتھ بدل رہی ہوتی ہے، اور یہ عام طور پر چند نینو سیکنڈ لمبی ہوتی ہے۔ ینالاگ سگنل کو الیکٹرو آپٹک شدت ماڈیولٹر کا استعمال کرتے ہوئے اس چرپڈ پلس پر ماڈیول کیا جاتا ہے۔ اس کے بعد، ماڈیولڈ پلس کو دوسرے منتشر میڈیم میں مزید پھیلایا جاتا ہے جس کی منتشر قیمت بہت زیادہ ہوتی ہے۔ آخر میں، اس حاصل شدہ نظری پلس کو فوٹو ڈیٹیکٹر کے ذریعے برقی ڈومین میں تبدیل کیا جاتا ہے، جس سے اصل اینالاگ سگنل کی پھیلی ہوئی نقل ملتی ہے۔ مسلسل آپریشن کے لیے، سپر کانٹینیم دالوں کی ایک ٹرین استعمال کی جاتی ہے۔ الیکٹرو آپٹک ماڈیولٹر پر پہنچنے والی چہچہاہٹ والی دالوں کو کافی چوڑا (وقت کے ساتھ) ہونا چاہیے تاکہ ایک نبض کا پچھلا کنارہ اگلی نبض کے اگلے کنارے کو اوورلیپ کر دے۔ تقسیم کے لیے، نظری فلٹر دوسرے منتشر میڈیم کے آؤٹ پٹ پر سگنل کو متعدد طول موج کے چینلز میں الگ کرتے ہیں۔ ہر چینل کے لیے ایک علیحدہ فوٹو ڈیٹیکٹر اور بیک اینڈ الیکٹرانک اے ڈی سی استعمال کیا جاتا ہے۔ آخر میں ان اے ڈی سی کی پیداوار ڈی ایس پی کو منتقل کی جاتی ہے جو مطلوبہ ڈیجیٹل پیداوار پیدا کرتی ہے۔ فوٹوونک ٹائم اسٹریچ (پی ٹی ایس) سسٹم کا امپلس رسپانس پی ٹی ایس پروسیسر خصوصی اینالاگ آپٹیکل (یا مائکروویو فوٹوونک) فائبر لنکس پر مبنی ہوتا ہے جیسے کیبل ٹی وی کی تقسیم میں استعمال ہوتے ہیں۔ اگرچہ فائبر کا منتشر ہونا روایتی اینالاگ آپٹیکل لنکس میں ایک پریشانی ہے، لیکن ٹائم اسٹریچ تکنیک آپٹیکل ڈومین میں برقی لہر کی شکل کو سست کرنے کے لیے اس کا استحصال کرتی ہے۔ کیبل ٹی وی لنک میں، روشنی کا ذریعہ ایک مسلسل لہر (سی ڈبلیو) لیزر ہے۔ پی ٹی ایس میں، ماخذ ایک چرپڈ پلس لیزر ہے۔ روایتی اینالاگ آپٹیکل لنک میں، منتشر ہونے کی وجہ سے اوپری اور نچلے ماڈیولیشن سائڈ بینڈ، فوپٹیکل ± فیلیکٹریکل، متعلقہ مرحلے میں پھسل جاتے ہیں۔ بعض تعدد پر، آپٹیکل کیریئر کے ساتھ ان کی دھڑکن تباہ کن طور پر مداخلت کرتی ہے، جس سے نظام کے تعدد ردعمل میں صفر پیدا ہوتا ہے۔ عملی نظاموں کے لیے پہلا صفر دسیوں گیگا ہرٹز پر ہوتا ہے، جو دلچسپی کے زیادہ تر برقی اشاروں کو سنبھالنے کے لیے کافی ہے۔ اگرچہ ایسا لگتا ہے کہ منتشر پنالٹی ٹائم اسٹریچ سسٹم کے امپلس رسپانس (یا بینڈوڈتھ) پر ایک بنیادی حد رکھتی ہے، لیکن اسے ختم کیا جا سکتا ہے۔ ڈسپریشن پینلٹی سنگل سائیڈ بینڈ ماڈیولیشن کے ساتھ ختم ہو جاتی ہے۔ متبادل طور پر، کوئی بھی منتشر پنالٹی کو ختم کرنے کے لیے ماڈیولیٹر کے ثانوی (الٹا) آؤٹ پٹ پورٹ کا استعمال کر سکتا ہے، بالکل اسی طرح جیسے دو اینٹینا وائرلیس مواصلات میں مقامی نالز کو ختم کر سکتے ہیں (اس لیے وائی فائی رسائی پوائنٹ کے اوپر دو اینٹینا ہوتے ہیں)۔ اس ترتیب کو مرحلہ تنوع کہا جاتا ہے۔ زیادہ سے زیادہ تناسب کے امتزاج (ایم آر سی) الگورتھم کا استعمال کرتے ہوئے تکمیلی آؤٹ پٹ کو یکجا کرنے کے نتیجے میں فریکوئنسی ڈومین میں فلیٹ رسپانس کے ساتھ ٹرانسفر فنکشن ہوتا ہے۔ اس طرح، ٹائم اسٹریچ سسٹم کا امپلس رسپانس (بینڈوڈتھ) صرف الیکٹرو آپٹک ماڈیولٹر کی بینڈوڈتھ سے محدود ہوتا ہے، جو تقریبا 120 گیگا ہرٹز ہے-ایک ایسی قدر جو دلچسپی کی زیادہ تر برقی لہروں کو پکڑنے کے لیے کافی ہے۔ فائبر کی لمبی لمبائی کا استعمال کرتے ہوئے انتہائی بڑے اسٹریچ فیکٹر حاصل کیے جا سکتے ہیں، لیکن بڑے نقصان کی قیمت پر-ایک ایسا مسئلہ جس پر منتشر فائبر کے اندر ہی رمن امپلیفکیشن کو استعمال کرکے قابو پایا گیا ہے، جس کی وجہ سے دنیا کا تیز ترین ریئل ٹائم ڈیجیٹائزر بن گیا ہے۔ نیز، پی ٹی ایس کا استعمال کرتے ہوئے، 10 گیگاہرٹز بینڈوڈتھ رینج میں عالمی ریکارڈ ریزولوشن کے ساتھ بہت زیادہ فریکوئنسی سگنلز کی گرفت حاصل کی گئی ہے۔ ٹائم لینس امیجنگ کے ساتھ موازنہ ایک اور تکنیک، ٹائم لینس کا استعمال کرتے ہوئے عارضی امیجنگ، وقت میں (زیادہ تر نظری) سگنلز کو سست کرنے کے لیے بھی استعمال کی جا سکتی ہے۔ ٹائم لینس کا تصور مقامی تفریق اور عارضی بازی کے درمیان ریاضیاتی مساوات پر منحصر ہے، نام نہاد خلائی وقت کی دوہری حیثیت۔ کسی شے سے فاصلے پر رکھا ہوا لینس اس شے کی ایک بڑی شبیہہ پیدا کرتا ہے۔ لینس نظری لہروں کے مقامی تعدد اجزاء میں ایک چوتھائی مرحلے کی تبدیلی فراہم کرتا ہے۔ آزاد جگہ کے پھیلاؤ (آبجیکٹ سے لینس، لینس سے آنکھ) کے ساتھ مل کر، یہ ایک بڑی شبیہہ پیدا کرتا ہے۔ پیراکسیل ڈفریکشن اور عارضی بازی کے درمیان ریاضیاتی مساوات کی وجہ سے، ایک نظری لہر کی شکل کو وقت کے ساتھ منتشر کرنے کے تین مراحل کے عمل کے ذریعے عارضی طور پر امیج کیا جا سکتا ہے، اسے ایک فیز شفٹ کے تابع کیا جا سکتا ہے جو وقت میں کواڈریٹک ہے (خود ٹائم لینس)، اور اسے دوبارہ منتشر کیا جا سکتا ہے۔ نظریاتی طور پر، ایک مرکوز انحراف سے پاک تصویر ایک مخصوص حالت میں حاصل کی جاتی ہے جب دو منتشر عناصر اور فیز شفٹ کلاسیکی لینس مساوات کے عارضی مساوی کو مطمئن کرتے ہیں۔ متبادل طور پر، ٹائم لینس کو دوسرے منتشر عنصر کے بغیر لہر کی شکل کے عارضی پروفائل کو سپیکٹرم ڈومین میں منتقل کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، جو اس خاصیت سے مشابہت رکھتا ہے کہ ایک عام لینس اپنے فوکل پوائنٹس پر کسی شے کی مقامی فورئیر تبدیلی پیدا کرتا ہے۔ ٹائم لینس اپروچ کے برعکس، پی ٹی ایس اسپیس ٹائم ڈوئلٹی پر مبنی نہیں ہے-ایسی کوئی لینس مساوات نہیں ہے جسے ان پٹ ویوفارم کا ایرر فری سلوڈ ڈاؤن ورژن حاصل کرنے کے لیے مطمئن کرنے کی ضرورت ہو۔ ٹائم اسٹریچ تکنیک مسلسل وقت کے حصول کی کارکردگی بھی پیش کرتی ہے، جو آسیلوسکوپس کی مرکزی دھارے کی ایپلی کیشنز کے لیے درکار ایک خصوصیت ہے۔ دونوں تکنیکوں کے درمیان ایک اور اہم فرق یہ ہے کہ ٹائم لینس کو مزید پروسیسنگ سے پہلے ان پٹ سگنل کو زیادہ مقدار میں منتشر کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ برقی لہر کی شکلوں کے لیے، وہ الیکٹرانک آلات موجود نہیں ہیں جن میں مطلوبہ خصوصیات ہیں: (1) نقصان کے تناسب میں زیادہ پھیلاؤ، (2) یکساں پھیلاؤ، اور (3) وسیع بینڈوڈتھ۔ یہ ٹائم لینس کو وائڈ بینڈ برقی لہر کی شکلوں کو سست کرنے کے لیے موزوں نہیں بناتا ہے۔ اس کے برعکس، پی ٹی ایس کی ایسی کوئی ضرورت نہیں ہے۔ یہ خاص طور پر برقی لہر کی شکلوں کو سست کرنے اور تیز رفتار ڈیجیٹائزر کو فعال کرنے کے لیے تیار کیا گیا تھا۔ فیز اسٹریچ ٹرانسفارم یا پی ایس ٹی سگنل اور امیج پروسیسنگ کے لیے ایک کمپیوٹیشنل نقطہ نظر ہے۔ اس کی افادیت میں سے ایک خصوصیت کا پتہ لگانے اور درجہ بندی کے لیے ہے۔ فیز اسٹریچ ٹرانسفارم ٹائم اسٹریچ ڈسپرسیو فورئیر ٹرانسفارم پر تحقیق کا ایک اسپن آف ہے۔ یہ انجینیئرڈ 3 ڈی ڈسپرسیو پراپرٹی (ریفریکٹیو انڈیکس) کے ساتھ ایک ڈفریکٹیو میڈیم کے ذریعے تشہیر کی تقلید کرکے تصویر کو تبدیل کرتا ہے۔ امیجنگ اور سپیکٹروسکوپی پر اطلاق وائڈ بینڈ اے/ڈی تبادلے کے علاوہ، فوٹوونک ٹائم اسٹریچ (پی ٹی ایس) بھی امیجنگ اور سپیکٹروسکوپی جیسے ہائی تھرو پٹ ریئل ٹائم آلات کے لیے ایک فعال ٹیکنالوجی ہے۔ تیز رفتار فیز مائکروسکوپی میں سہولت فراہم کرنے والی پہلی مصنوعی ذہانت، فیز اور شدت کے مقامی پروفائلز کی بیک وقت پیمائش کے ذریعے خون کے خلیوں سے کینسر کے خلیوں کی تشخیص کی درستگی کو بہتر بنانے کے لیے ظاہر کی گئی ہے۔ دنیا کا تیز ترین آپٹیکل امیجنگ طریقہ جسے سیریل ٹائم انکوڈڈ ایمپلیفائیڈ مائکروسکوپی (اسٹیم) کہا جاتا ہے، سنگل پکسل فوٹو ڈیٹیکٹر اور تجارتی اے ڈی سی کا استعمال کرتے ہوئے تصویر حاصل کرنے کے لیے پی ٹی ایس ٹیکنالوجی کا استعمال کرتا ہے۔ طول موج-وقت سپیکٹروسکوپی، جو فوٹونک ٹائم-اسٹریچ تکنیک پر بھی انحصار کرتی ہے، تیزی سے تیار ہونے والے یا اتار چڑھاؤ والے سپیکٹرا کی ریئل ٹائم سنگل شاٹ پیمائش کی اجازت دیتی ہے۔ ٹائم اسٹریچ کوانٹیٹیو فیز امیجنگ (ٹی ایس-کیو پی آئی) ایک امیجنگ تکنیک ہے جو مرحلے اور شدت کے مقامی پروفائلز کی بیک وقت پیمائش کے لیے ٹائم اسٹریچ ٹیکنالوجی پر مبنی ہے۔ ٹائم اسٹریچڈ امیجنگ میں، آبجیکٹ کی مقامی معلومات کو ذیلی نینو سیکنڈ کی پلس مدت کے اندر لیزر دالوں کے سپیکٹرم میں انکوڈ کیا جاتا ہے۔ کیمرے کے ایک فریم کی نمائندگی کرنے والی ہر پلس کو وقت کے ساتھ بڑھایا جاتا ہے تاکہ اسے الیکٹرانک اینالاگ ٹو ڈیجیٹل کنورٹر (اے ڈی سی) کے ذریعے حقیقی وقت میں ڈیجیٹائز کیا جا سکے۔ الٹرا فاسٹ پلس کی روشنی دھندلا پن سے پاک امیجنگ حاصل کرنے کے لیے تیز رفتار خلیوں یا بہاؤ میں موجود ذرات کی حرکت کو منجمد کر دیتی ہے۔ مزید پڑھنے کے لیے حوالہ جات جی سی ویلی، "فوٹوونک اینالاگ ٹو ڈیجیٹل کنورٹرز"، آپٹ۔ ایکسپریس، وال۔ 15، نہیں۔ 5، پی پی۔ 1955-1982، مارچ 2007۔ فوری وائڈ بینڈ اے/ڈی کنورژن (PHOBIAC) پروجیکٹ کے لیے فوٹوونک بینڈوڈتھ کمپریشن۔ الٹرا وائیڈ بینڈ سگنلز کے ٹائم فریکوئنسی تجزیہ کے لیے مختصر وقت کا فورئیر ٹرانسفارم فوٹوونکس اینالاگ سرکٹس آپٹیکل ڈیوائسز فائبر آپٹک کمیونیکیشن الیکٹرانک انجینئرنگ پیمائش کے آلات