Scalable fast dispersive scanner

Abstract

CMOS teknolojisindeki hızlı ilerleme paralel hesaplama sistemleriyle birleşince dijital sinyal işleme hızları yükseldi. Fakat A/D çeviriciler saniyede birkaç milyar örneklemeden öteye gidemediler. Bu noktada, Optik tabanlı Zaman Esnemesi tekniği kullanılmış ve optik bir atıma bindirilen Radyo Frekans sinyali yavaşlatılarak, A/D çeviricilerin efektif örnekleme hızı arttırılmıştır. Daha sonra bu teknik, Optik tabanlı Rasgele Dalga Formu Jeneratörü ve Gerçek Zamanlı Optik Görüntüleme uygulamalarında da kullanılmıştır. Bu tez, bu Fotonik Zaman Esnemesi tekniğinin ve bu tekniğin A/D çeviriciler ve optik görüntüleme alanlarındaki uygulamaları üzerine yapılmıştır. Bu çalışmada, Zaman Esnemeli A/D Çeviriciler deneysel olarak ve simülasyonları yapılarak incelenmiştir. Diğer taraftan, MEMS tabanlı dijital mikro ayna teknolojisi kullanılarak yeni bir hızlı dispersiv lazer tarama sistemi kurulmuştur. Bu çalışmada sunulan teknik, gerçek zamanlı dispersiv görüntüleme sistemi kullanmaktadır. Bu sistem, tek bir fotodedektörle spektral olarak kodlanmış görüntüyü uzay-zaman eşleştirme teknolojisi kullanarak atım frekansında yakalamaktadır. Sistemin geniş alan tarama kabiliyeti, tek tek kontrol edilebilen mikro ayna dizilerini hüzme yönlendirici olarak kullanmamızdan gelmektedir. Bu sistemle, 1024x768'lik mikro ayna dizilerini kontrol ederek ∼20mm2'lik bir alanı deneysel olarak 5kHz hızla taradık. Bu taramada yatay yönde ∼150μm ve dikey yönde ∼160μm çözünürlük elde ettik. Günümüzde mevcut olan en iyi dijital mikro ayna sistemleri kullanılarak bu sistem, 30μs'den az bir sürede tarama yaparak tek bir mikro aynanın boyutu olan 10.8μm çözünürlüğe ulaşabilir.

Rapid progress in CMOS technology with the availability of parallel computing increased the frequency of operation in digital signal processing. However, ADCs could not suce high speeds more than a few GSa/s. At this point, an optical time-stretching technique is facilitated to increase the ADC eective sampling rates with slowing down the RF signals. Later, the technique is employed in Optical Arbitrary Waveform Generation and Optical Real-time Imaging.This thesis is devoted to the investigation of such Photonic Time Stretch technique and its applications such as Time Stretch ADC and Real-time Imaging. The Time-Stretch ADC system is examined both experimentally and with simulations. On the other hand, a novel fast dispersive laser scanning system is demonstrated by using MEMS based digital micro- mirror arrays technology. The proposed technique employs real-time dispersive imaging system, which captures spectrally encoded images with a single photodetector at pulse repetition rate via space-to-time mapping technology. Wide area scanning capability is introduced by using individually addressable micro mirror arrays as a beam steering device.Experimentally, we scanned ∼20mm2 at scan rate of 5kHz with ∼150μm lateral and ∼160μm vertical resolution that can be controlled by using 1024x768 mirror arrays. With the current state of art MEMS technology, fast scanning with <30μs and resolution down to single mirror pitch size of 10.8μm is also achievable.