Siベースのカメラを用いた2次元空間変調赤外情報伝達ビームのアップコンバージョンセンシング

Up-Conversion Sensing of 2D Spatially-Modulated Infrared Information-Carrying Beams with Si-Based Cameras.

• Adrián J Torregrosa
• Emir Karamehmedović
• Haroldo Maestre
• María Luisa Rico
• Juan Capmany

抄録

非線形光和周波混合（SFM）プロセスにおける局所発振器レーザー波による赤外（赤外）画像の光ヘテロダイニングに基づくアップコンバージョンセンシングは、いくつかの要求の厳しいアプリケーションにおける信号対雑音比、速度、解像度、または冷却の必要性の点で、赤外イメージセンサのいくつかの制限を回避するための実用的な解決策である。このようにして、赤外画像のスペクトル内容を可視・近赤外（VIS/NWIR）にシフトさせ、CCD/CMOS（電荷結合型・相補的金属酸化物半導体デバイス）などのシリコン焦点面アレイセンサ（Si-FPA）で検出することができます。本研究は、光通信、特にFSOC(自由空間光通信)の文脈でこの技術を導入した以前の研究の延長線上にあるものである。ここでは、我々は、KTP（チタニルリン酸カリウム）非線形結晶と1064 nmのNd：YVO固体レーザーに基づいて画像アップコンバージョンシステムを提示しますキャビティ内に配置された1550 nmの2D空間的に変調されたレーザービームは、バイナリクイックレスポンス（QR）コードと混合されている2Dで、Siベースのカメラで検出された631 nmでアップコンバートされたコード画像を与えます。この技術により、他のIRスペクトルの割り当てを拡張し、コンパクトな受信機を低コストで構築することが可能となり、盗聴に対する保護を強化するための自然な方法を提供しています。

Up-conversion sensing based on optical heterodyning of an IR (infrared) image with a local oscillator laser wave in a nonlinear optical sum-frequency mixing (SFM) process is a practical solution to circumvent some limitations of IR image sensors in terms of signal-to-noise ratio, speed, resolution, or cooling needs in some demanding applications. In this way, the spectral content of an IR image can become spectrally shifted to the visible/near infrared (VIS/NWIR) and then detected with silicon focal plane arrayed sensors (Si-FPA), such as CCD/CMOS (charge-coupled and complementary metal-oxide-semiconductor devices). This work is an extension of a previous study where we recently introduced this technique in the context of optical communications, in particular in FSOC (free-space optical communications). Herein, we present an image up-conversion system based on a 1064 nm Nd: YVO solid-state laser with a KTP (potassium titanyl phosphate) nonlinear crystal located intra-cavity where a laser beam at 1550 nm 2D spatially-modulated with a binary Quick Response (QR) code is mixed, giving an up-converted code image at 631 nm that is detected with an Si-based camera. The underlying technology allows for the extension of other IR spectral allocations, construction of compact receivers at low cost, and provides a natural way for increased protection against eavesdropping.