Language
Country/Area
No result found
Замечательный танец фазы и частоты: как свет взаимодействует при обнаружении перекрестных частот?
Оптическое гетеродинное обнаружение — это метод извлечения информации из электромагнитного излучения. Эта информация существует в диапазоне длин волн видимого или инфракрасного света в виде фазовой и частотной модуляции света. Сравнивая сигнальный свет со стандартным светом от «гетеродина» (LO) для стимуляции характеристик модуляции, эта технология открывает нам новую перспективу для понимания свойств света и его применения в технологических приложениях.
Революционная природа обнаружения оптических частот заключается в его способности улавливать фазовые изменения света и преобразовывать их в измеримые электрические сигналы.
История обнаружения оптических частот
Исследования по обнаружению сдвига оптической частоты можно проследить до 1962 года, вскоре после появления первого лазера. Однако лазерное облучение — не единственный способ получения пространственно-когерентного света. В 1995 году Герра опубликовал исследование, которое подтвердило, что «форму изменения частоты света» можно использовать для обнаружения и визуализации. Эта технология способствовала развитию «микроскопии структурированного освещения» в науках о жизни. С тех пор технология обнаружения оптических частот стала все более зрелой и получила дальнейшее распространение на различные приложения для обработки изображений.
Сравнение с традиционным межчастотным обнаружением беспроводной связи
Разница между обнаружением энергии и электрического поля
В отличие от случая с обнаружением беспроводной частоты (RF), частоты света колеблются слишком быстро, чтобы напрямую измерить электрическое поле света. Следовательно, фотоны поглощаются для определения их энергии, и такая мера энергии не отражает напрямую изменение фазы электрического поля. Поэтому основной целью оптического обнаружения внечастоты является передача сигналов из оптического спектра в частотный диапазон, который может быть обработан электроникой.
"Нелинейные характеристики, необходимые для оптического обнаружения отклонения от частоты, заложены в процессе поглощения фотонов".
Широкодиапазонный гетеродин для когерентного обнаружения
По сравнению с радиочастотными гетеродинами, гетеродинам для оптических сигналов обычно нелегко поддерживать чистую частоту. Чтобы решить эту проблему, один и тот же источник часто используется для генерации сигнала и гетеродина, чтобы поддерживать постоянную разность частот между ними, хотя центральная частота будет колебаться.
Основные преимущества обнаружения оптических частот
Усиление обнаружения
Усиление межчастотного обнаружения зависит от произведения LO и амплитуды электрического поля сигнала. Это означает, что по мере увеличения амплитуды LO амплитуда сигнала разностной частоты также будет увеличиваться. Это преимущество преобразования интенсивности света делает обнаружение оптической частоты особенно эффективным при работе со сложными сигналами.
"Обнаружение оптической частоты не только усиливает сигнал, но и сохраняет информацию о фазе светового сигнала."
Возможность измерения с высокой чувствительностью
Обнаружение оптической частоты позволяет измерять центральную частоту крошечных оптических сигналов. Например, доплеровская лидарная система позволяет более точно определять скорость ветра с разрешением менее 1 метра в секунду, что имеет большое значение для практических приложений.
Проблемы и решения
Обнаружение и отображение массивов
В датчиках изображения цифровых камер обычно обрабатывается большое количество независимых пикселей обнаружения. Однако при межчастотном обнаружении этот процесс особенно усложняется из-за флуктуаций сигнала. Поэтому необходимо разработать технологию межчастотного обнаружения с синтетической решеткой, чтобы снизить затраты и повысить эффективность обнаружения.
"Обнаружение перекрестных частот синтетической матрицы обеспечивает новый способ сопоставления больших массивов изображений с одноэлементными детекторами".
Шум снижен до предела дробового шума
В идеале межчастотное обнаружение может максимизировать усиление сигнала на начальном этапе захвата сигнала, тем самым уменьшая влияние других шумов. Этот метод позволяет существенно улучшить соотношение сигнал/шум выходного сигнала в сложных электронных системах.
Заключение
Развитие обнаружения оптических частот позволяет нам глубже понять поведение света и его взаимодействие с веществом, что не только способствует прогрессу научных исследований, но и закладывает прочную основу для инноваций в инженерных технологиях. Сможем ли мы с дальнейшим развитием технологий более полно использовать эти явления для решения других научных и инженерных задач в будущем?
