Group a gone in a Picosecond

Pikosaniye Dedektörleri

Optik Yöntemlerle Yüksek Hızlı Örnekleme

Bugünlerde, pikosaniye sinyali örneklemek için en yaygın teknik bir femtosaniye lazer ve bir PCA (foto iletken anten) ile foto iletken algılama yoluyla yapılır. Lazer, PCA'nın merkezinde bir kısa (1ps) ömrü olan elektron deliği çiftleri oluşturmak için 100 fs optik darbeler üretir. Bu elektron deliği çiftleri, gelen akımın elektrik alanıyla etkileşerek dc akımı üretir. Elektron delik çiftlerinin ömrü 1 ps olduğundan pikosaniye örnekleyicisini destekleyebilirler. Bu sistemler büyük bir efektif bant genişliğine (yüzlerce gigahertz) sahip olsalar da, femtosaniyeli lazerin tekrar hızı (<100 MHz) örnekleme oranını sınırlar. Böylece, bir femtosaniye lazer ve PCA ile terahertz darbelerinin örneklenmesi tekniği, bir alt örnekleme yöntemidir. Dahası, bu sistemler pahallı bir lazer, hassas optik hizalama ve 100 fs'den küçük adımlarla örnekleme zamanını taramak için mekanik bir gecikme hattı gerektirir.

Lazersiz Tam Elektronik Örnekleyiciler
Yüksek Hızlı Örnekleyici
Saniyede yüzlerce giga örneğinde çalışan, silikon tabanlı ultra geniş bantlı bir örnekleyici darbe tabanlı sistemler için ideal bir alıcı olabilir.Ancak, örnekleyici gerçekleştirilmeden önce birçok zorluk aşılmalıdır. Bir büyük zorluk, yüksek giriş frekanslarındaki parazitik sızıntılardır bir diğeri ise, terahertz rejimindeki kazanım aşamalarının zayıf verimliliğidir.

Girişten tutma kapasitörüne parazitik kaçak sorununa değinmek için, yeni bir aktif iptal tekniği rapor edilmiştir(36). Geleneksel bir örnek tutma veya tutma ve tutma mimarisi, örnekleme anahtarı olarak bir transistör kullanır. İdeal olarak, bu transistör örnek / parça modunda çok düşük empedansa ve tutma modunda çok yüksek empedansa sahip olmalıdır.Ancak , yüksek giriş frekanslarında örnekleme transistörünün izolasyonu hızla azalmaktadır. Parazit Cgs ve Cgd kapasitansları, sinyalin tutma kapasitörüne sızması için ek bir yol sağlar. Bu sızıntı tutma kapasitöründeki voltajı bozar ve örnekleyicinin performansını düşürür. Parazitik sızıntıyı azaltmak için sunulan aktif iptal mimarisinde, örnekleme transistörüne paralel olarak bir sahte transistör eklenir.Sahte transistör her zaman kapalı modundadır ve giriş sinyalini tamamlayıcı bir sinyalle beslenir. Tutma modunda, örnekleme transistörü parazite neden olan sızıntı nedeniyle tutma kapasitesine yük uygular. Aynı zamanda, giriş sinyalinin negatif bir kopyası ile beslenen sahte transistör, tutma kapasitörüne iptal eden bir yük enjekte eder. Sahte transistörden enjekte edilen yük, örnekleme transistörü tarafından enjekte edilenin negatifi olduğundan, birbirlerini iptal eder ve parazit kaçağı hafifletir. Bu, şekil 12'de gösterilmiştir. Şekil 13, aktif iptal yönteminin etkinleştirilmesinin, 1 GHz'de> 30 db izolasyonu arttırabileceğini göstermektedir. Şekil 14, örnekleme sırasında aktif iptali kullanan çipin mikrografını göstermektedir. Çip, 45 nm CMOS silikon izolasyon (SOI) prosesinde imal edildi ve 0.13 mm2'lik bir alanı kapladı(36).

Bu zorlukları gidermek için onlarca gigahertz bant genişliği örneklemesinde,frekansla birbirine eklenmiş örnekleme mimarileri raporlanmıştır (37),(38).Bu örnekler daha geniş bir giriş frekans aralıklarında çalışabilmelerine rağmen, örtüşme dahil olmak üzere, frekans darbeleri ve aşağı dönüştürme frekansı uyuşmazlığı gibi bir takım güçlüklerle karşılaşmaktadır.

(Bitiş - Hasan Çağatay ŞAHBAZ - 141024049)
(Başlangıç - Emre YILMAZ- 141024046)

Yüksek hızlı kablosuz iletişim ve 3-boyutlu radar görüntüleme gibi bir çok uygulamada, pikosaniye alıcısı titreşim enerjisini ölçmek için gereklidir. Pikosaniye titreşim enerjisini ölçerek genlik modülasyonunu gerçekleştirmek mümkündür ve 200 Gb/s bilgi üretir. Örneğin, bildirilen 4-ps atım sayısı birbiri ile senkronize edilmiş çoklu titreşim radyatörleri kullanılarak zamana göre birbirene eklenebilir. Atımlar arasında 10-ps aralık uygulayarak ve atım başına 2 b genlik modülasyonu ekle- yerek, 200 Gb/sn bilgi üretmek mümkündür. Enerji detektörleri, hem titreşim enerjisini hem de titreşimin varış zamanını kurtarır. Bu iki nicelik, "3 Boyutlu Radar Görüntüleme, Gaz Spektroskopisi, Güvenli İletişim ve Hassas Zaman Aktarımı Deneyleri" bölümünde bildirildiği üzere yüksek çözünürlüklü bir 3-boyutlu görüntüleme radarı oluşturmak için gereklidir.

Kablosuz iletişim ve görüntüleme radarlarına ek olarak, enerji dedektörleri zaman / frekans aktarım bağlantılarında da kullanılabilir. Bu uygulamada, pikosaniyedeki titreşimler, aktarılması gereken bir saat frekansına eşit bir tekrarlama oranı ile yayılır. Alıcı bölümünde, bir enerji dedektörü titreşimleri yakalayıp tekrar hızlarını ölçerek bir saat sinyali üretir. Aşağıdaki bölüm, kendiliğinden karıştırmaya dayanan bir enerji dedektörünün, bir pikosaniyelik dürtü dizisinin tekrarlama frekansının çıkarılması için nasıl kullanılabileceğini açıklamaktadır.

Kendi Kendini karıştıran alıcı

Kendinden karıştırma tekniğine dayanan bir titreşim alıcısı [7]' de bildirilmiştir. Alıcı pikosaniye dürtülerini algılar ve tekrarlama hızını düşük bir zamanlama titremesiyle çıkarır. Alıcı anten tarafından yakalanan ultra-kısa titreşimler geniş frekanslı tarak spektrumuna sahiptir; buradaki merkez frekansı titreşim genişliği tarafından belirlenir. Bu titreşimlerin tekrar hızı, her iki bitişik frekans tonunun arasındaki aralığı ayarlar. Frekans tarağı doğrusal olmayan bir blok içinden geçtiğinde, farklı frekans tonları birbiriyle karışır ve tekrar tonunu çıktıda üretir.

(Bitiş - Emre YILMAZ- 141024046)
(Başlangıç - Ahmed DÖNMEZ - 141024008)

Sinyal bazlı görüntüleme sistemlerinde, radar vericileri dizisi sinyalleri ateşler öyle ki 3-D boşlukta istenilen yere aynı anda ulaşırlar.

Doğrusal olmayan bölgenin etkisi altında kalmış iki kutuplu bir transistor karıştırıcı olarak kullanılır. Yapının geri kalanı ise, 50 GHz sınırlı giriş yükselticisi, yüksek frekans geçişlerini gidermek için alçak geçiş filtresi ve 2-10 GHz frekans ayarlama merkeziyle tekrarlama oranının ana sesini güçlendirmek için baz bant yükselticileri içerir. Kısa süreli sinyalleri belirlemek için geniş bantlı bow-tie anteni çipte hayata geçirildi. Alıcı,130–nmSiGeBiCMOS süreci ile üretildi; çipin mikroskobik resmi şekil 15 de gösterilmiştir.

3-D Radar Görüntüleme Deneyleri, Gaz Spektroskopisi , Güvenli Haberleşme Ve Zaman Transferi

Burada birkaç sinyal bazlı sistemleri ve sinyal bazlı dedektörlerin nasıl yüksek çözünürlüklü 3-D radar görüntülerini üretmek için kullanılabildiklerini göstermeyi, Terahertz spektrumuna dayalı gaz moleküllerini tanımlamayı,güvenli bir kablosuz haberleşme kurmayı ve 100 fs’den daha iyi bir kazanım süresi olan transfer süresini anlatıyoruz.

3-D Radar Görüntüleme

Sinyal bazlı görüntüleme sistemlerinde, radar vericileri dizisi sinyalleri 3-D uzaydaki istenilen yere aynı anda ateşler. Obje o bölgeye geldiğinde karma sinyaller güçlü bir yansıma üretir. Yansımaları belirlemek ve 3-D uzayda nesnenin yerini hesaplamak için bir dizi sinyal alıcıları ile verici dizileri sekronize edilerek kullanılır.

Bu konseptigöstermek için sentetik açıklık 9*9 ‘luk bir dizi ile oluşturulmuştur. Bir radyatör 81 konuma taşınır ve birden fazla yansıyan dürtüleri(impulses) yakalamak için özel baskılı devre kartı antenine bağlı örnekleme osiloskobu kullanılır. 5 mm ‘lik bir ızgara aralığında, 4 cm * 4 cm boyutunda bir etkin açıklık elde edilir. Şekil 16 da gösterildiği gibi,tüm görüntüleme sistemi dürtü yayıcı bir çip, 2-D seyir evresi özel tasarlanmış dürtü alıcı anteni ve örnekleme osiloskobu içerir. Sentetik dürtü yayıcı diziyi kullanarak 3-D görüntülemeyi gerçekleştirmek için dört adımlı metodoloji uygulanır. Şekil 17 de resimlendirildiği gibi, sentetik dizi XY düzlemi üzerinde konumlanır.

Yansıtılan Dalga Formlarının Yakalanması

Seyir evresi, dürtü radyatörünü sentetik bir dizi oluşturmak için hareket ettirir. Her elementin bulunduğu yer,alıcı antenler ile ele geçirilen hedeflerin yansıyan dalga formları, daha ileri dijital sinyal işlemek için kaydedilir. Sabit bir yerde veri toplama işlemi tamamlandıktan sonra, 2-D seyir evresi dürtü radyatörünü bir sonraki elementin konumuna hareket ettirir; daha sonra aynı data edinimi operasyonları sentetik dizinin tamamlanması gerçekleşene kadar oluşturulur.

(Bitiş - Ahmed DÖNMEZ - 141024008)
(Başlangıç -Halis KILIÇ - 141024042)

Alıcıda Post-İşleme Yoluyla Mekansal Filtreleme

Sentetik dizideki farklı elementlerden yayılan dürtüler, 3 boyutlu uzayda belirli bir P (x,y,z) noktasına farklı mesafelerle ulaşırlar. Bu nedenle, ışınlanan uyarılara uygun zaman gecikmeleri eklendiğinde sentetik dizideki tüm elementlerin ışınsal dürtüleri P noktasında hizalanabilir. Alternatif olarak, bu gecikmeler post-işleme sırasında alıcıya eklenebilir. Denememizde, sentetik bir verici dizisi kullanıldı, alınan dalga formlarına post-işleme ile mekansal filtreleme uygulandı.

Zaman Alanlı İşlemler

Uçuş süresi bilgileri temel alınarak, P noktasından yansıyan dalga formları zaman içinde filtrelenir ve kaydedilir. P noktasının görüntü-piksel yoğunluğu kayıtlı dalga formunun maksimum genliği olarak seçilir. Şekil 17 (c) 'de gösterildiği gibi, P noktasında nesne yoksa, P noktasının görüntü-piksel yoğunluğu ihmal edilebilir bir sayıdır (gürültü), çünkü P noktasında hiçbir yansıma olmaz. P noktasında bir nesne varsa, P noktasının görüntü-piksel yoğunluğu, P noktasında bulunan bir nesnenin yansıma katsayısı ile orantılı olarak büyük bir sayı olur.

3D Görüntü Üretme

Şekil 17 (d) 'de gösterildiği gibi, sabit bir Z koordinatına sahip sınırlı bir XY düzlemi olarak tanımlanan bir görüntü düzleminde P noktasını tarayarak 2 boyutlu bir kesit oluşturulabilir. 3 boyutlu görüntüler, görüntü düzleminin Z koordinat değerinin değiştirilmesiyle üretilir.

3-D görüntüleme dizisinin yeteneğini göstermek için çeşitli nesneler kullanılır. Bu nesneler, küçük silindirik alüminyum folyo, iki aralıklı silindirik alüminyum folyo ve alüminyum folyo ile kaplanmış büyük bir halka içerir. [26]'daki çip, 3 ns'lik bir tekrar süresi ile 60 ps'lik dürtü yayar. Nesneler, sentetik diziden 15 cm (Z = 25 cm) uzaklıkta bulunur. 81 noktadan alınan dalga formlarına post-işleme yapılarak 3D görüntüler oluşturulur. Şekil 18'de gösterildiği gibi, Z = 20 cm'de herhangi bir cisim tespit edilmemiştir. Nesnenin tam Z-koordinatı olan Z = 25 cm'de, önceki çalışmalardan farklı olarak [39], [40], bu yüksek çözünürlüklü görüntüler herhangi bir mercek veya reflektör kullanmadan üretilir.

Gaz Spektroskopisi

Frekans taraklarını kullanan Terahertz spektroskopisi, gaz moleküllerini tanımlamak için etkili bir teknik haline gelmiştir [41], [42]. Bu teknik, terahertz spektral aralığındaki dönme durumları arasındaki geçişlerden kaynaklanan gazlardaki absorpsiyon hatlarını tespit etmek için kullanılabilir. Bu deneyde, bir frekans aralığı 5.4-ps dürtü dizisi ile üretilir. Ardından, dürtü dizisinin tekrarlama oranı, frekans tonlarını temizlemek ve geniş bantlı terahertz gaz spektroskopisi yapmak için çeşitlendirilir [43]. Şekil 19, gaz spektroskopisi yapmak için kullanılan bir düzeneği göstermektedir. Bu deneyde, Şekil 11'de gösterilen D2I çipi, Keysight sinyal analizörü ile birleştirilmiş bir Virginia Diyot harmonik mikseri (WR-1.5) ile 5.4 ps dürtü yayar. (N9030A) dürtüleri almak için kullanılır. Şekil 20, iki farklı basınç seviyesinde %1 konsantrasyon ile amonyak gazı emilim spektrumunu göstermektedir. Bu sonuçlar, 572 GHz'de beklenen NH3 gazı emilim yöntemi ile uyuşmaktadır.

(Bitiş -Halis KILIÇ - 141024042)
(Başlangıç - Ferhat ADIN - 141024003)

Işın Tabanlı Güvenli İletişim

Bilgi ,geleneksel kablosuz iletişim sistemlerinde tek bir bölgeden tek bir verici ile üretilir. Bu durumda bilgi, uzayda yayınlanır ve yönlendirme, verici antenin yönlendirilmesiyle tanımlanır. Belirli bir bölgede gücü yoğunlaştırmak için hüzümleme tekniği kullanılır bununla birlikte bilgi uzayın her yerine yayılır. Radyasyon modelinin yan loblarından birine bakan hassas bir alıcıya sahip olan sinyal alıcılar yinede sinyalleri alabilir ve çözebilir .Fiziksel katmandaki iletişimi güvene almak için alana yakın doğrudan anten modulasyonu veya yönsel modulasyon kavramı tanıtıldı [44]-[46]. Bu şemalarda bilgi ortaklaşa üretilmiş ve farklı antenler tarafından yayınlanmıştır, böylece zaman alanı sinyal bütünlüğü iletim yönünde korunmuştur bu başka bir alıcının gönderilen verileri bilgi ışın genişliği dışında almasını engeller. Bu şemalarda sembolün tamamı belirli bir yönde tek bir antenden bütün sembolü iletmek yerine çoklu antenden yarı semboller iletilir . Başka bir deyişle bu şemalar uzayda istenen yönde doğru sembolü üretmek için ortak uzaysal kodlamayı kullanır. Bu kavram bir sonraki bölümde açıklanacaktır.

Ortak uzaysal kodlama

Ortak uzaysal kodu kullanan bir mimaride, çoklu verici antenler, alanın tek bir noktasında (yada yönünde) bilgi üretmek için sembol seviyesinde sıkı bir şekilde senkronize edilir. Bu noktada bulunan bir alıcı gönderilen bilgiyi alır ve çözer. Uzayda ki diğer bütün alıcılar bozuk sinyaller alır. Ortak uzaysal kodlama kavramı şekil 21 de. Zaman alanı kavramını S1orig(t) temsil etsin. Tüm zaman alan sembolü S1orig(t)=S1(t)+S2(t) gibi iki sembole yani S1(t) ve S2(t) gibi iki yarı sembole ayrılabilir. Sinyal S1 (t), birinci verici Tx1 tarafından üretilir ve S2 (t) ikinci verici Tx2 tarafından üretilir.

(Bitiş - Ferhat ADIN - 141024003)
(Başlangıç -Salah Eddine ZEGRAR - 141024085)

ve sırasıyla , ve den uzayda bir P noktasına yayılım gecikmesi olsun .Uzayda herhangı bir noktadan alınan sinyal zamanı bu şekilde tanımlanır . Bu iki vriciye wşit uzaklıkta bulunan P noktası ,gönderlinen sinyalleri aynı zamanında alıyor ve bir gecikmeden sonra gönderilen orijin sinyal geri alıyor .Ancak,vericiler P noktasına eşit uzaklıkta değilse sinyaller farklı zamanlarda ulaşır ve P noktasında bir Didtorted-time domain dalga şekline sebep oluyor.

Az önce bahsettiğimiz Joınt Spatial Coding den esinterek (Şekil 21) ve den eşit uzaklıktaki alıcıya rampaya göre ayırlamış bir darbe gönderiyor.Fakat,eşit uzaklıkta değilse alınan data bozuk olur.Bundan dolayı darbe tabanlı haberleşme güvenlidir.Bu uygulamada kısa darbeler üretebilme yeteneğimiz informatiom beam genişliği azaltıyor ve kanal daha güvenli yapıyor.

Şekil 22 de aralarındaki mesafe 120 cm olan iki gönderici ve darbenin süresi 200 ps yapılan bir deeneyin hata oranı sekil 22 de çizilmiştir.Bu deneyde lik bir information beam genişliği elde edildi.

Hassasiyet ,Zaman transferi ve Lokalizasyion

Genel olarak bir enerji dedektörü çok kısa darbeleri tespit edrdi , enerji dedektörlerin çoğu diyot ile yapılmıştır ve bu yüzden bir çok sıkıntıya sahiptir..

Bu enerji dedektörler genelde sinyalin şekline ve tipine dikkat almadan inputun enerjisini tespit eder.Ek olarak, bu dedektörlerin zaman hassasiyeti darbe geneşliği ile sınırlandırılmıştır(şekil 23).

Zero-crossıng memorisinde gelen sinyal 3 yola bölünyor 1.Yol :darbenin tepe sınırının artmasını tespit ediyor. 2.Yol :darbenin tepe sınırının azalmasını tespit ediyor. 3.Yol :bütün Zero-Cross ları tespit ediyor.

Ana Zero-Cross lardan yanlış Zero-Cross ları gizlemek için çok yüksek hızla bir AND logic kapı kullanılır.Bu mimaride 130 nm SıGe Mos işlem teknolojıleri ile yapılır ,bu mimari açıp kaptma için 100 fs den bir hata ile 50 ps da yapıyor.

(Bitiş -Salah Eddine ZEGRAR - 141024085)


(Başlangıç - Mohammed ALABADSA - 151024081)

Oscillation
An effect expressible as a quantity that repeatedly and regularly fluctuates above and below some mean value, as the pressure of an alternating current
Ex \ The oscillation of the ocean is closely related to the convulsions of the earth

Interference
The process in which two or more light ,sound ,or electromagnetic maves of the same freaquency combine to reinforce or cancel each other.
Ex \ In 1582 the use of the theatre was interrupted by interference of Peckham

Spectrometer
An optical device for measuring wavelengths.
Ex \ The Spectrometeris characterized by high data rates and many events per burst.

Synchronized
To cause to go on ,move ,operate, work ..,etc , at the same rate and exactly togather .
Ex \ The need to Synchronizethe classroom clock to real time so class ended on time.

Demodulate
To extract the information from a modulated signal
Ex \ At receiver it is necssary to demodulate the energy changes , in order to get the message.

(Bitiş - Mohammed ALABADSA - 151024081)


(Başlangıç - Enes HARMAN - 151024094)

Approach(noun)	Yaklaşım
There is urgent need for a new approach to dealing with this problem.
Bu sorunla ilgili yeni bir yaklaşıma acil bir ihtiyaç var.

Beam(noun)	Işın, hüzme
Laser beams use to generate picosecond pulses.
Lazer ışınları piko saniye titreşimleri üretmek için kullanılır.

Require(noun)	Gereklilik, gerekmek, ihtiyaç
I will do everything that is required of me.
Bana gerekli olan her şeyi yapacağım.

Generate(verb)	Üretmek, oluşturmak
His suggestion generated a lot of ill-feeling.
Onun önerisi, çok kötü hisler oluşturdu.

Pulse(noun)	Nabız, titreşim
Dolphins communicate with sound pulses.
Yunuslar, ses titreşimleri ile iletişim kurarlar.

(Bitiş - Enes HARMAN - 151024094)


(Başlangıç - Muammer Taha CEREN - 141024010)

Conduct	Davranış,İdare etmek
Police conduct was very bad during the uprising.
Ayaklanma sırasında polisin davranışları çok kötüydü.

Initial	Başlangıç,Baş,İlk
Our initial impression was favorable.
Bizim ilk izlenimimiz olumluydu.

Ambiguity	Belirsizlik
Life is full of Ambiguity.
Hayat belirsizliktir.

Induce	İkna etmek,Neden olmak
The man induced her to buy the dress.
Adam kadını kıyafeti alması için ikna etti.

Acquisition	Kazanç,edinme
Language acquisition requires creativity.
Dil edinimi yaratıcılık gerektirir.