가상 이미징된 단계별 어레이

Virtually imaged phased array
"비파"가 여기로 리디렉션된다.열대성 폭풍은 위파(Wipha)를 참조하라.
VIPA의 기능 및 구조

가상 이미징 단계 배열(VIPA)은 프리즘이나 회절 격자처럼 빛을 스펙트럼 구성 요소로 분할하는 각도 분산 장치다.그것은 양극화와 거의 독립적으로 작용한다.프리즘이나 규칙적인 회절 만족과는 대조적으로, 각 분산은 훨씬 높지만 자유 스펙트럼 범위는 더 작다.이 측면은 높은 회절 순서도 사용되기 때문에 일반적으로 반사에 사용되는 Echelle grating과 유사하다.VIPA는 파장 해결력이 높은 소형 광학부품이 될 수 있다.null

기본 메커니즘

사실상 이미징된 단계 배열에서 단계 배열은 무선 주파수에서 단계 배열 안테나의 광학 아날로그다.실제 단계 배열로 해석할 수 있는 회절 그래팅과 달리 가상 이미징 단계 배열에서는 단계 배열이 가상 이미지에 생성된다.보다 구체적으로, 광학 단계 배열은 광원의 여러 가상 이미지로 가상적으로 형성된다.이것은 실제 공간에서 유사한 단계적 배열이 형성되는 에셸 그링과는 근본적인 차이점이다.VIPA에서 광원의 가상 영상은 광학 간섭에 중요한 일정 간격으로 자동 정렬된다.이것은 Echelle grating보다 VIPA의 장점이다.출력 조명이 관측되면 가상으로 이미징된 단계 배열은 실제 단계 배열에서 빛이 방출된 것처럼 작동한다.null

기록 및 응용 프로그램

VIPA는 1996년 시라사키에 의해 제안되어 명명되었다.[1]각 분산 생성에 대한 이 새로운 접근방식의 세부사항은 특허에 설명되었다.[2]VIPA는 처음에는 광통신기술 분야에 특히 관심이 많았다.VIPA는 광파장분할 멀티플렉싱(WDM)에 처음 적용됐으며, 당시 표준 채널 간격이었던 [1]0.8nm의 채널 간격에 대해 파장 디멀티플렉서가 시연됐다.이후 웨이너에 의해 1550nm 파장 범위에서 24pm의 훨씬 작은 채널 분리와 6pm의 3dB 대역폭이 달성되었다.[3]또 다른 용도의 경우, VIPA의 각도 분산에 의한 빛 경로의 파장 의존적 길이를 활용하여 섬유의 색분산 보정을 연구, 실증하였다.[4][5]조정 가능한 미러[6][7][8] 또는 공간 조명 변조기(SLM)를 사용하여 튜닝 가능한 시스템에 대한 보상이 추가 개발되었으며,[9] VIPA를 사용하여 양극화 모드 분산에 대한 보상도 달성하였다.[10]또한 고해상도 파장 분할/재조합을 위한 VIPA와 SLM의 조합을 이용한 펄스 쉐이핑이 시연되었다.[11]null

VIPA의 단점은 높은 회절 순서에 따라 제한된 자유 스펙트럼 범위다.기능 파장 범위를 확대하기 위해 VIPA를 일반 회절 격자와 결합하여 광대역 2차원 스펙트럼 분산기를 제공할 수 있다.[12]이는 고해상도 WDM(> 1000채널)에 대해 시연되었으며,[13] 레이저 주파수 빗,[14] 분광계,[15] 천체물리학 기기,[16] 생체역학에서의 브릴루인 분광학,[17][18] 빔 스캐닝,[19] 현미경 검사,[20] 단층 촬영,[21] 계측학 등 다양한 분야와 장치에도 적용되어 왔다.[22]null

구조 및 운영 원리

VIPA의 운영 원리

VIPA의 주요 구성요소는 입력등에 관해서 보통이 약간 기울어진 유리판이다.유리판의 한쪽(빛입력측)은 100% 반사거울로 코팅하고 다른 쪽(빛출력측)은 반사성이 높지만 부분적으로 투과성이 있는 거울로 코팅한다.100% 반사 거울이 있는 옆면에는 반반사 코팅된 조명 입구 영역이 있어, 이 영역을 통해 광선이 유리판으로 들어온다.입력등은 출력 측 부분 투과 미러에 라인 초점이 맞춰져 있다.대표적인 라인 포커싱 렌즈는 원통형 렌즈로, VIPA의 일부이기도 하다.라이트 빔은 라인 중심 위치에 위치한 빔 허리를 따라 분산되고 있다.null

빛이 광입구역을 통해 유리판에 들어온 후 부분투과 거울과 100% 반사 거울에 반사되어 빛이 부분투과 거울과 100% 반사 거울 사이를 왔다 갔다 한다.null

유리판에는 임계 최소 기울기 각도가 있어, 광 입구 영역을 통해 들어오는 빛이 100% 반사 거울로만 되돌아갈 수 있다는 점에 유의한다.[1]기울어짐 각도가 0이라면 부분 투과성 거울에서 반사된 빛이 정확히 역방향으로 이동하여 100% 반사 거울에 반사되지 않고 광 입구 영역을 통해 유리판을 빠져나갈 것이다.그림에서 유리판 표면의 굴절은 단순성을 위해 무시되었다.[1]null

부분 투과성 거울에서 매번 광선이 반사되면 광력의 작은 부분이 거울을 통과해 유리판으로부터 멀리 이동한다.다중 반사 후 거울을 통과하는 라이트 빔의 경우, 라인 포커스의 위치는 출력 측에서 관찰했을 때 가상 영상에서 볼 수 있다.따라서 이 광선은 마치 라인 포커스의 위치에 위치한 가상 광원에서 출발하여 가상 광원에서 이탈한 것처럼 이동한다.전송되는 모든 광원에 대한 가상 광원의 위치는 일정한 간격, 즉 다수의 가상 광원이 중첩되어 광학적 단계 배열을 만든다.모든 광선의 간섭으로 인해 단계 배열이 파장에 종속된 각도에 있는 한 방향으로 시준된 광선을 방출하고, 따라서 각도 산산이 생성된다.null

파장 분해능

조명 그링 요소의 수와 회절 순서에 따라 결정되는 회절 그링의 해결력과 마찬가지로 VIPA의 해결력은 VIPA의 뒷면의 반사율과 유리판의 두께에 의해 결정된다.고정된 두께의 경우 높은 반사율은 VIPA에서 빛이 더 오래 유지되도록 한다.이것은 더 많은 가상의 빛의 원천을 만들고, 따라서 해결력을 증가시킨다.반면 반사율이 낮으면 VIPA의 빛이 빠르게 소실되는데, 이는 가상의 빛의 출처가 더 적다는 것을 의미한다.이렇게 되면 해결력이 낮아진다.null

분해력이 높은 대형 각도 분산에 대해서는 VIPA의 치수를 정확하게 제어해야 한다.엘라스토머 기반 구조를 개발함으로써 VIPA 특성에 대한 세밀한 조율이 입증되었다.[23]null

VIPA에서 부분 투과 거울의 일정한 반사율은 출력 조명을 스크린에 이미징할 때 로렌츠 전력 분배를 생성하여 파장 선택성에 부정적인 영향을 미친다.이것은 부분 투과 거울에 선형적으로 감소하는 반사율을 제공함으로써 개선될 수 있다.이것은 화면에 가우스와 같은 전력 분배를 유도하고 파장 선택성이나 해결력을 향상시킨다.[24]null

분광분산출법

VIPA에 대한 분석적 계산은 2003년 베가가 평면파 이론에 기초하여 처음 수행하였고, 2004년 샤오에 의해 프레스넬 회절 이론에 기초한 개선된 모델이 개발되었다.[26]null

VIPA 상용화

VIPA기기는 다양한 맞춤형 설계 매개변수를 가진 스펙트럼 분산장치나 부품으로 라이트머키론에 의해 상용화됐다.null

참조

  1. ^ a b c d Shirasaki, M. (1996). "Large angular dispersion by a virtually imaged phased array and its application to a wavelength demultiplexer". Optics Letters. 21 (5): 366–8. Bibcode:1996OptL...21..366S. doi:10.1364/OL.21.000366. PMID 19865407.
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