Lichtgeschwindigkeit in Zeitlupe – bis zu einer Milliarde Bilder pro Sekunde
Bei der Messung und Analyse von ultraschnellen optischen Signalen wirkt meist der AD-Wandler als „Flaschenhals“ und begrenzt die Geschwindigkeit. Dabei ist die genaue Kenntnis zeitlicher Vorgänge für die Entwicklung von Bauteilen, wie z.B. Laser-Güteschaltern unerlässlich.
Time stretch dispersive Fourier-Transformation (TS-DFT) ermöglicht Echtzeit-Spektroskopie mit Millionen Scans pro Sekunde. Dabei wird ein moduliertes optisches Signal mithilfe von dispersiven Bauteilen zeitlich gestreckt. Das gestreckte Signal kann dann mittels herkömmlicher Messtechnik digitalisiert werden.
Abb. 1: Entstehung eines Laserpulses
Bildnachweis: Herink, G., Jalali, B., Ropers, C. & Solli, D. Resolving the build-up of femtosecond mode-locking with single-shot spectroscopy at 90 MHz frame rate. Nat. Photon. 10, 321–326 (2016).
Dieses Verfahren hat zur Entdeckung von sogenannten „rogue waves” geführt und wird bereits in verschiedenen Instrumenten eingesetzt, hält es doch den Weltrekord in der Analog-Digital-Wandlung. Der Schlüssel liegt dabei nicht in der Fourier-Transformation, sondern in der zeitlichen Streckung.
Daraus ergeben sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten zur Untersuchung von nichtlinearen dynamischen Prozessen, wie beispielsweise die Charakterisierung von Femtosekunden-Lasern, die Messung von Störeffekten in elektrooptischen Geräten oder von chemischen Reaktionen.
Abb. 2: Bausteine eines Time-Stretch-Systems.
1: Ein Eingangssignal wird auf das Spektrum eines breitbandigen ultrakurzen optischen Pulses moduliert.
2: Ein dispersives Element streckt die spektralen Komponenten zeitlich und verlangsamt damit die modulierten Informationen. Das gibt dem AD-Wandler die benötigte Zeit.
3: Das optische Signal wird durch Photodetektion in ein analoges elektrisches Signal umgewandelt und dann durch einen Echtzeit-ADC digitalisiert.
4: Digitale Datenanalyse und Klassifizierung mit künstlicher Intelligenz (AI).
Bildnachweis: infinite spiral clock, liseykina /
iStock / Getty Images Plus; oscilloscope, RaymondAsiaPhotography / Alamy Stock Photo; AI, Alexey Kotelnikov / Alamy Stock Photo; CPU, Petr Bonek /
Alamy Stock Photo; GPU, Patrik Slezak / Alamy Stock Photo.
Ata Mahjoubfar Dmitry V. Churkin, Stéphane Barland, Neil Broderick, Sergei K. Turitsyn and Bahram Jalali Resolving the build-up of femtosecond mode-locking with single-shot spectroscopy at 90 MHz frame rate. Nat. Photon. 10, (2017).
Unser neuer Lieferant RogueScope bietet mit dem gleichnamigen Produkt ein flexibles Echtzeit-Spektrometer mit einer Framerate von bis zu 100.000.000 fps und ist damit mindestens 1000x schneller als konventionelle Geräte. Damit lassen sich dynamische optische Prozesse und seltene Effekte mit hoher Genauigkeit festhalten. Das Gerät kann kundenspezifisch konfiguriert und für die Wellenlängenbereiche 500 - 1000 nm oder 950 - 1700 nm ausgelegt werden. Die spektrale Auflösung beträgt dabei 10 pm. Zusammen mit einem Oszilloskop oder OSA sind so Einblicke in Prozesse möglich, die bis vor kurzem unerreichbar waren.
Die patentierte Synchronisation- und Kalibrierungsfirmware, sowie eine leistungsstarke Visualisierungs- und Analyse-Software sorgen für Bedienerfreundlichkeit.
Gerne beraten wir Sie über weitere Einsatzmöglichkeiten oder schicken Ihnen Publikationen zu verschiedenen Anwendungen.
Contact
| +49 6157 80710-34 | |
| +49 6157 80710934 | |
| Write e-mail |
