Диссертация: Фотонные системы формирования и обработки больших массивов цифровых данных
Получение, обработка, передача и хранение информации является неотъемлемой частью
созидательной деятельности современного общества. Прогресс XX века во многом обусловлен
развитием методов и средств передачи и обработки информационных сигналов с использова-
нием электромагнитных волн [1–5]. Появление полупроводниковой микроэлектроники [6, 7],
лазерной техники [8–12] и оптоволоконных линий связи [13, 14] привело к созданию гло-
бальной сети Интернет, повсеместному распространению средств коммуникации, вычисли-
тельных устройств и персональных компьютеров, цифровых средств радио-электронной и
оптико-электронной регистрации и мониторинга, а также компактных систем хранения дан-
ных. Развитие технологий матричных фото-детекторов типа ПЗС и КМОП привело к по-
явлению цифровой фотографии и цифрового видео. В результате количество генерируемой
и накапливаемой цифровой информации имеет тенденции экспоненциального роста, и по
современным оценкам [15] объём глобальной датасферы к 2025 году может достичь 175 ЗБ
(ЗеттаБайт или 1021 Байт). Параллельно с этим, подчиняясь закону Мура, возрастают требо-
вания к вычислительной способности систем обработки больших массивов данных. Уровень
современных вычислительных задач, требует применение устройств [16] с производительно-
стью 1018 вычислительных операций в секунду (OPS). В этой связи создание сверхшироко-
полосных коммуникационных систем с высокой пропускной способностью и стабильностью,
систем надёжного и компактного хранения данных, а также систем обработки с высокой
вычислительной мощностью и низким энергопотреблением является одними из важнейших
задач в современных информационных технологиях.
Использование света для формирования, передачи и детектирования информационных
сигналов является привлекательным благодаря высокой собственной частоте колебаний элек-
тромагнитных волн оптического диапазона (300 ГГц ÷ 3 ПГц), а также возможности сво-
бодного и независимого распространения световых сигналов по воздуху, в стекле и в других
известных прозрачных мате
Информация о документе
- Формат документа
- Кол-во страниц
- 256 страниц
- Загрузил(а)
- Проект “КВАРЦ”
- Лицензия
- CC BY
- Доступ
- Только участникам сообщества
Информация о диссертации
- Место защиты (город)
- Россия, Москва
- Место защиты (организация)
- НИЯУ МИФИ
- Научный руководитель
- Стариков Ростислав Сергеевич, д.ф-м.н, профессор НИЯУ МИФИ
- Учёная степень
- Доктор наук
- Год публикации
- 2021
- Тема диссертации
- 01.04.21 Лазерная физика
- Каталог SCI
- Физика
- Оглавление
-
Оглавление
1 Современные достижения оптических информационных систем 15
1.1 Оптическая информационная система … … … … … … … . . 15
1.1.1 Многоканальная оптическая система … … … … … … . . 17
1.1.2 Системы с большим числом пространственных степеней свободы … . 18
1.1.3 Системы с малым числом пространственных степеней свободы … . . 20
1.2 Достижения оптико-электронных систем в информационных технологиях … 20
1.2.1 Высокоскоростная передача данных … … … … … … … 21
1.2.2 Хранение данных … … … … … … … … … … . 24
1.2.3 Обработка больших массивов данных … … … … … … . . 30
1.2.4 Оптические методы детектирования сигналов … … … … … 34
2 Многоканальные когерентные дифракционные системы 38
2.1 Представление о линейной оптической системе … … … … … … 38
2.1.1 Интегральные преобразования в скалярной теории дифракции … . . 39
2.1.2 Дискретное представление интегральных преобразований … … . . 42
2.1.3 Влияние когерентности излучения … … … … … … … . 48
2.2 Принципы построения линейных оптических процессоров … … … … 49
2.2.1 Линейно-алгебраические операции в оптике … … … … … . 49
2.2.2 Преобразование Фурье … … … … … … … … … . 50
2.2.3 Когерентные свёрточные процессоры … … … … … … . . 52
2.3 Средства физической реализации синтезированных масок … … … … 55
2.3.1 Физические носители … … … … … … … … … . . 56
2.3.2 Типы пространственно-временных модуляторов света … … … . 58
2.3.3 Компонентная база пространственно-временных модуляторов света . . 63
2.3.4 Типы модуляции, доступные с помощью современных пространственно-
временных модуляторов света … … … … … … … … 66
2
2.4 Методы компьютерной голографии … … … … … … … … . 69
2.4.1 Модель объекта … … … … … … … … … … . . 71
2.4.2 Синтез модели объектной волны … … … … … … … . . 71
2.4.3 Синтез точечно-представленной модели дифракционной структуры . . 74
2.4.4 Синтез элементно-представленной модели дифракционной структуры . 81
2.4.5 Бинарная реализация компьютерно-синтезированных голограмм … . 87
3 Запись и восстановление оптической информации методами компьютерной
голографии 90
3.1 Формирование изображений с помощью компьютерно-синтезированных голо-
грамм … … … … … … … … … … … … … … 92
3.2 Страница данных архивной голографической памяти … … … … . . 95
3.2.1 Амплитудно-модулированная страница данных … … … … . . 95
3.2.2 Комплексно-модулированная страница данных … … … … . . 98
3.3 Проекционная запись компьютерно-синтезированных голограмм Фурье бинар-
ных страниц данных на материальный носитель … … … … … . . 101
3.3.1 Варианты схемы проекционной записи компьютерно-синтезированных
голограмм … … … … … … … … … … … . . 101
3.3.2 Мультиплексная запись одномерных синтезированных голограмм Фу-
рье бинарных страниц данных … … … … … … … … 106
3.3.3 Прототип системы архивной голографической памяти на основе муль-
типлексной проекционной записи одномерных КСГФ бинарных страниц
данных … … … … … … … … … … … … . 110
3.4 Формирование изображений цифровой комплексно-модулированной страницы
данных … … … … … … … … … … … … … . . 114
4 Когерентные дифракционные Фурье-процессоры и корреляторы 122
4.1 Оптические корреляторы, современное состояние … … … … … . . 122
4.2 Основы корреляционного анализа … … … … … … … … . . 124
4.2.1 Корреляционная функция … … … … … … … … . . 124
4.2.2 Согласованный фильтр … … … … … … … … … . 125
4.2.3 Фильтры на инвариантных признаках … … … … … … . 127
4.2.4 Составные инвариантные фильтры … … … … … … … 130
4.2.5 Корреляционные метрики … … … … … … … … . . 145
3
4.2.6 Нейросетевая классификация изображений корреляционных пиков низ-
кого разрешения … … … … … … … … … … . . 147
4.3 Реализация методов корреляционного распознавания в схемах когерентных ди-
фракционных Фурье-процессоров … … … … … … … … . . 150
4.3.1 Вывод входной сцены … … … … … … … … … . . 151
4.3.2 Вывод голографического фильтра … … … … … … … . 154
4.3.3 Моделирование схем когерентных дифракционных Фурье-процессоров 158
4.4 Корреляционный голографический детектор волнового фронта на основе ПВМС162
4.4.1 Принципиальная схема ДВФ на основе ПВМС и КСГ … … … . 163
4.4.2 Представление сигналов в проблеме детектирования волнового фронта 165
4.4.3 Особенности применения ПВМС с различным типом модуляции … . 167
4.4.4 Исследование метода … … … … … … … … … . . 170
5 Фотонные аналого-цифровые преобразователи микроволновых сигналов 175
5.1 Основные компоненты схем микроволновой фотоники … … … … . . 175
5.1.1 Источники излучения … … … … … … … … … . . 175
5.1.2 Электро-оптические модуляторы … … … … … … … . 179
5.1.3 Детекторы излучения … … … … … … … … … . . 183
5.1.4 Пассивные компоненты … … … … … … … … … . 184
5.2 Модель одномодового световода … … … … … … … … … 185
5.3 Оптическая предобработка РЧ-сигналов … … … … … … … . 188
5.3.1 Методы чирпирования импульсов ЛСМ … … … … … … 188
5.3.2 Моделирование эффекта ¾временная линза¿ … … … … … . 191
5.4 Основные схемы ФАЦП на основе импульсных лазеров … … … … . 195
5.4.1 Схемы с оптической генерацией тактового сигнала … … … … 196
5.4.2 Схема одноканального ФАЦП с оптической выборкой … … … . 197
5.4.3 Схема многоканального ФАЦП с непрерывным чирпом … … … 198
5.4.4 Схема многоканального ФАЦП с дискретным чирпом … … … . 202
5.4.5 Другие типы ФАЦП … … … … … … … … … … 207
5.5 Разработка устройства фотонного АЦП … … … … … … … . 208 - Актуальность проблемы
-
Таким образом, достижения в области создания оптико-электронных информационных
систем демонстрируют возможности решения ряда критических для современных информа-
ционных технологий проблем, таких как детектирование сигналов с высоким пространствен-
ным и временным разрешением, формирование и высокоскоростная передача информацион-
ных сигналов, а также запись, надёжное хранение и высокопроизводительная энергоэффек-
тивная обработка больших массивов цифровых данных. - Цель работы
-
являлась разработка принципов построения
устройств формирования, обработки и хранения больших массивов цифровых данных на
основе когерентных дифракционных схем, а также систем микроволновой фотоники - Основные задачи
-
Основные задачи:
- Разработка и исследование общих методик построения оптико-цифровых систем на основе
когерентных дифракционных схем. Анализ основных технических возможностей для опе-
ративной реализации голограммных элементов. Разработка и анализ алгоритмов синтеза
и реализации моделей дифракционных структур для задач формирования численно за-
данного комплексного импульсного отклика оптических систем различных конфигураций
с большой пространственно-частотной базой. - Разработка и обоснование принципов практического применения методов компьютерной
голографии для формирования изображений страниц цифровых данных в системах ар-
хивной голографической памяти. Разработка и исследование схем проекционной записи
компьютерно-синтезированных голограмм страниц данных на материальный носитель на
8
основе доступных пространственно-временных модуляторов света и самоизлучающих мик-
родисплеев. Разработка и анализ методов повышения плотности записи данных в системе
архивной голографической памяти на основе проекционной схемы записи компьютерно-
синтезированных голограмм страниц данных на материальный носитель. - Разработка и исследование методов построения оптико-цифровых устройств на основе
когерентных дифракционных Фурье-процессоров с использованием доступных оптоэлек-
тронных компонент. Исследование возможностей практического применения схем дифрак-
ционных Фурье- процессоров для задач инвариантного корреляционного распознавания
изображений. Разработка алгоритмов синтеза и реализации голограммных элементов, а
также цифровой обработки сигналов на основе перспективных вычислительных методов
в исследуемых схемах. - Разработка и исследование метода измерения волновых аберраций в световом пучке с
помощью системы на основе пространственно-временного модулятора света и матричного
фотодетектора. Разработка алгоритмов синтеза дифракционных структур и обработки
выходных сигналов в данной схеме. Анализ возможности применения высокоскоростных
бинарных средств модуляции. - Исследование возможностей построения фотонных аналого-цифровых преобразователей
сигналов СВЧ диапазона на основе сверхстабильных лазеров с синхронизацией мод, а также компонент и схем микроволновой фотоники. Разработка и апробация принципов построения систем многоканальных фотонных аналого-цифровых преобразователей сверх-
широкополосных радио сигналов на основе схем с оптической дискретизацией и электрон-
ным квантованием
- Разработка и исследование общих методик построения оптико-цифровых систем на основе
- Научна новизна
-
Представленные в диссертации результаты теоретических и экспериментальных исследо-
ваний определяют следующие положения научной новизны:- Показано, что достижения в области построения оптико-цифровых систем на основе ла-
зерных источников обладают высоким потенциалом практического применения в совре-
менных информационных технологиях, связанных с высокоскоростным формированием и
передачей, энергоэффективной обработкой, а также надёжным долгосрочным хранением
больших массивов данных. В качестве наиболее перспективных направлений примене-
ния фотонных схем определены системы формирования изображений и голографические
дисплеи, системы оптико-голографической архивной памяти, когерентные дифракцион-
9
ные многоканальные Фурье-процессоры, а также фотонные предобработчики и аналого-
цифровые преобразователи сигналов микроволнового диапазона модуляции. - Проведён анализ доступных средств динамической реализации голограммных оптических
элементов в когерентных дифракционных оптических схемах. Показано, что методы ком-
пьютерной голографии дают возможность эффективно использовать современные образ-
цы пространственно-временных модуляторов света с высоким пространственным разре-
шением с целью реализации голограммных элементов для решения задач, связанных с
синтезом комплексного импульсного отклика оптических систем различной конфигура-
ции. - Впервые разработаны и исследованы методы синтеза, физической реализации на мате-
риальном носителе и применения компьютерно-синтезированных голограмм Фурье для
формирования изображений страниц цифровых данных в устройствах архивной гологра-
фической памяти. Исследованы пути построения и возможности оригинальной системы на
основе проекционной мультиплексной записи одномерных компьютерно-синтезированных
голограмм Фурье бинарных страниц данных. Предложена и численно обоснована возмож-
ность повышения плотности записи в этой системе за счёт применения продвинутых мно-
госимвольных методов комплексной модуляции для представления изображений страниц
цифровых данных. - Разработаны и исследованы методы инвариантного корреляционного распознавания для
задач классификации и локализации объектов, представленных контурными, бинарными,
полутоновыми и цветными изображениями. Разработаны алгоритмы эффективной реали-
зации методов корреляционного распознавания образов в известных схемах когерентных
дифракционных корреляторов изображений. Впервые предложен и обоснован метод по-
вышения точности бинарной классификации объектов за счёт использования свёрточной
нейронной сети для обработки выходных изображений корреляционной функции низкого
разрешения. - Впервые разработаны методы практического применения компьютерной голографии, циф-
ровой обработки данных и математической оптимизации в оригинальной схеме корре-
ляционного голографического детектора волнового фронта на основе пространственно-
временного модулятора света и матричного фотодетектора. Исследована и обоснована
возможность применения в схеме высокоскоростных пространственно-временных модуля-
торов света с бинарными типами модуляции.
10 - Разработаны и исследованы принципы построения систем обработки сигналов микро-
волнового диапазона модуляции на основе компонент и схем микроволновой фотоники.
Проведён анализ преимуществ и ограничений многоканальных схем фотонных аналого-
цифровых преобразователей с оптической дискретизацией и электронным кантованием,
использующих импульсные лазеры с пассивной синхронизацией мод с частотой повторе-
ния импульсов более 1 ГГц в качестве источников сигнала выборки. Сформулированы
основные требования к реализации основных узлов этих схем
- Показано, что достижения в области построения оптико-цифровых систем на основе ла-
- Заключение
-
Заключение
Таким образом, в работе исследован и разработан набор методов построения оптико-
электронных систем, позволяющих решение актуальных проблем современных информаци-
онных технологий, связанных с формированием и обработкой больших массивов цифровой
информации с высокими скоростью и энергоэффективностью.
Выводы диссертации- Анализ современных достижений в области построения оптических информационных си-
стем на основе лазерных источников, а также компонент как когерентных дифракционных
схем, так и схем микроволновой фотоники обладают высокой надёжностью, пропускной
способностью более 10 Пбит/с, скоростью реализации параллельных вычислений до 1015
операций в секунду при низком энергопотреблении, а также стабильностью временной
синхронизации до 10 ас. - Методы компьютерной голографии могут быть использованы для получения компьютерно-
синтезированных голограмм, формирующих модельно заданный комплексный импульс-
ный отклик оптической системы. Синтезированные модели дифракционных структур мо-
гут быть физически реализованы с помощью ПВМС, а также в виде оптических эле-
ментов на материальном носителе. Использование схем голографии Фурье, а также та-
ких методов синтеза дифракционной структуры, как биполярной интенсивности и пара-
фазного кодирования, позволяет реализацию дискретно-заданного импульсного отклика с
пространственно-частотной базой, ограниченной половиной числа дискретных элементов
реализуемой дифракционной структуры. - Разработаны и исследованы методы применения компьютерно-синтезированных голограмм
Фурье для формирования изображений страниц цифровых данных в системах архивной
оптико-голографической памяти. Исследование путей реализации компьютерно-синтези-
рованных голограмм Фурье на материальном носителе показало, что проекционные схе-
212
мы записи на основе пространственно-временных модуляторов света и микродисплеев об-
ладают высокой компактностью и пониженными эксплуатационными требованиями по
сравнению с известными системами голографической памяти на основе многолучевых
интерференционных схем. Показано, что методы синтеза и мультиплексной записи од-
номерных КСГФ, а также использование комплексно-модулированных многоуровневых
страниц данных дают возможность создания компактной и надёжной системы памяти, с
плотностью записи до 45 ГБ/см2. - Разработаны и исследованы основные методы применения инвариантных фильтров для
устойчивого к искажениям корреляционного распознавания изображений различного ти-
па: бинарных, контурных, полутоновых и цветных. Разработаны и исследованы методы
реализации инвариантных фильтров в лазерных дифракционных корреляторах изображе-
ний с использованием современных моделей ПВМС. В качестве наиболее перспективных
конфигураций определены следующие: 1) 4-f коррелятор с бинарной фазовой модуляцией
во входной плоскости и бинарной амплитудной модуляцией в плоскости Фуре-частот и 2)
коррелятор совместного преобразования на основе бинарного фазового пространственно-
временного модулятора света. - Исследован и разработан метод анализа пиков корреляционной функции, основанный на
обработке изображений низкого разрешения окрестности пика с помощью свёрточной ней-
ронной сети. В качестве особенностей представленного метода установлена возможность
обучения нейронной сети на изображениях, полученных при численном моделировании
корреляционного распознавания образов, и применения такого классификатора для обра-
ботки пиков, полученных в реальных схемах корреляторов, а также при корреляционном
распознавании других типов объектов. - Исследованы и разработаны алгоритмы применения методов компьютерной голографии
и компьютерной обработки данных для схемы корреляционного голографического детек-
тора волнового фронта на основе пространственно-временного модулятора сета и мат-
ричного фотодетектора. Продемонстрирована возможность получения корреляционной
функции между пучком, подвергнутым аберрациям, и численной моделью пучка с по-
мощью стандартного Фурье-каскада. Обоснована возможность применения метода с для
детектирования аберраций с точностью λ/100. - Исследованы основные схемы фотонных аналого-цифровых преобразователей. Разрабо-
таны методы численного моделирования и экспериментального макетирования устройств
213
микроволновой фотоники на основе лазеров с синхронизацией мод и частотой повторения
импульсов выше 1 ГГц. Разработан набор алгоритмов моделирования волноводных схем
микроволновой фотоники на основе сверхкоротких импульсов. Численно промоделирова-
на задача распространения сверхкоротких импульсов в стандартных телекоммуникацион-
ных волокнах, а также задача растяжения и частотного анализа микроволновых сигналов
на эффекте “временной линзы”. Результаты расчёта подтверждены тестами с реальными
образцами лазеров с синхронизацией мод. - Исследованы схемы и основные узлы фотонных многоканальных аналого-цифровых пре-
образователей с оптической дискретизацией и электронным квантованием. Определено,
что схема дискретного чирпирования импульсов на основе демультиплексоров имеет стро-
гие требования к выраниванию временных задержек не хуже 5 мкм, поэтому такую схему
сложно реализовать на основе дискретных компонент. Схема с непрерывным чирпом на
основе оптоволокна позволяет добиться высокой стабильности сигнала выборки, однако
влияние нелинейных эффектов на сверхкороткие лазерные импульсы ограничивает све-
товой бюджет схемы. - Разработана, исследована и испытана радио-частотная система на основе фотонных ана-
лого-цифровых преобразователей с частотой выборки 10 ГГц и полосой входных сигналов
20 ГГц.
- Анализ современных достижений в области построения оптических информационных си-
- Список источников
-
[412] Casasent D., Ravichandran G. Advanced distortion-invariant minimum average correlation
energy (MACE) filters // Appl. Opt. 1992. Vol. 31, no. 8. P. 1109–1116.
[413] Unconstrained correlation filters / A. Mahalanobis, B. Kumar, S. Song et al. // Appl. Opt.
1994. Vol. 33, no. 17. P. 3751–3759.
[414] Kumar B., Mahalanobis A. Recent advances in distortion-invariant correlation filter
design // SPIE Proc. 2490. 1995. P. 2–13.
[415] Nevel A. V., Mahalanobis A. Comparative study of maximum average correlation height
filter variants using ladar imagery // Opt. Eng. 2003. Vol. 42, no. 5. P. 541–550.
[416] Rodriguez M. D., Ahmed J., Shah M. Action MACH a spatio-temporal Maximum Average
Correlation Height filter for action recognition // Proc. of CVPR. 2008. P. 1–8.
[417] Correlation method for quality control of master matrix used for embossing security
holograms / V. Kolyuchkin, A. Zherdev, E. Zlokazov et al. // Proc. of SPIE 8776. 2013.
P. 87760A.
[418] Specificity of Correlation Pattern Recognition Methods Application in Security Holograms
Identity Control Apparatus / E. Zlokazov, R. Starikov, S. Odinokov et al. // Phys. Procedia.
2015. Vol. 73. P. 308–312.
[419] Optimization of OT-MACH filter generation for target recognition / O. C. Johnson,
W. Edens, T. T. Lu et al. // SPIE Proc. 7340. 2009. P. 734008.
[420] Hassebrook L. G., Kumar B., Hostetler L. D. Linear phase coefficient composite filter banks
for distortion-invariant optical pattern recognition // Opt. Eng. 1990. Vol. 29, no. 9.
P. 1033–1043.
[421] Gavrila D. M., Davis L. S. Fast correlation matching in large (edge) image databases //
SPIE Proc. 2368. 1995. P. 104–116.
[422] Implementation of 3-D Linear Phase Coefficient Composite Filters / D. Woon,
L. G. Hassebrook, D. L. Lau et al. // SPIE Proc. 6234. 2006. P. 62340I.
[423] Neural network post-processing of grayscale optical correlator / T. T. Lu, C. L. Hughlett,
H. Zhou et al. // SPIE Proc. 5908. 2005. P. 590810.
247
[424] Chao T., Lu T. Automatic Target Recognition (ATR) Performance Improvement Using
integrated Grayscale Optical Correlator and Neural Network // SPIE Proc. 7340. 2009.
P. 734003.
[425] Deep Residual Learning for Image Recognition / K. He, X. Zhang, S. Ren et al. // Proc. of
CVPR. 2016. P. 770–778.
[426] Kingma D. P., Ba J. Adam: A Method for Stochastic Optimization. arXiv:1412.6980 [cs.LG].
2017.
[427] Goncharov D., Starikov R. Improving correlation method with convolutional neural
networks. arXiv, 2004.09430. 2020.
[428] Psaltis D., Neifeld M. A., Yamamura A. Image correlators using optical memory disks //
Opt. Lett. 1989. Vol. 14, no. 9. P. 429–431.
[429] Content-addressable data storage by use of volume holograms / G. W. Burr, S. Kobras,
H. Hanssen et al. // Appl. Opt. 1999. Vol. 38, no. 32. P. 6779–6784.
[430] John R., Joseph J., Singh K. Phase-image-based content-addressable holographic data
storage // Opt. Commun. 2004. Vol. 232, no. 1-6. P. 99–106.
[431] Volume holographic MACH correlator / P. Birch, A. Gardezi, R. Young et al. // SPIE Proc.
7696. 2010. P. 76961L.
[432] Optical fingerprint recognition based on local minutiae structure coding / Y. Yi, L. Cao,
W. Guo et al. // Opt. Express. 2013. Vol. 21, no. 14. P. 17108–17121.
[433] Montes-Usategui M., Campos J., Juvells I. Computation of arbitrarily constrained synthetic
discriminant functions // Appl. Opt. 1995. Vol. 34, no. 20. P. 3904–3914.
[434] Yu F. T. S., Chao T. H. Color signal correlation detection by matched spatial filtering //
Appl. Phys. B. 1983. Vol. 32, no. 1. P. 1–6.
[435] Investigation of MINACE composite filter capabilities for multicolor images correlation
recognition purposes / N. Evtikhiev, E. Zlokazov, E. Petrova et al. // J. Phys. Conf. Ser.
2016. Vol. 737, no. 1. P. 012057.
[436] Злоказов Е.Ю. Инвариантные корреляционные фильтры с линейным фазовым коэф-
фициентом для лазерных систем корреляционного распознавания изображений: дис-
248
сертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. Ph.D.
thesis. 2011.
[437] Макет инвариантного коррелятора с использованием жидкокристаллических
пространственно-временных модуляторов света / Н.Н. Евтихиев, Е.Д. Проценко,
Е.Ю. Злоказов [и др.] // Квантовая электроника. 2012. Т. 42, No 11. С. 1039–1041.
[438] Особенности реализации голографических инвариантных корреляционных фильтров
на базе фазового жидкокристаллического пространственно-временного модулятора све-
та / Гончаров Д. С., Злоказов Е. Ю., Петрова Е. К. [и др.] // Краткие сообщения по
физике ФИАН. 2019. No 4. С. 27–32.
[439] Juday R. D. Optimal realizable filters and the minimum Euclidean distance principle //
Appl. Opt. 1993. Vol. 32, no. 26. P. 5100–5111.
[440] Lakshminarayanan V., Fleck A. Zernike polynomials: A guide // J. Mod. Opt. 2011. Vol. 58,
no. 7. P. 545–561.
[441] Koziel S., Yang X. Computational Optimization, Methods and Algorithms. Springer-Verlag
Berlin Heidelberg, 2011.
[442] Mahajan V. N., Dai G. Orthonormal polynomials in wavefront analysis: analytical
solution // J. Opt. Soc. Am. A. 2007. Vol. 24, no. 9. P. 2994–3016.
[443] Malacara-Hernandez D., Carpio-Valadez M., Sanchez-Mondragon J. J. Wavefront fitting
with discrete orthogonal polynomials in a unit radius circle // Opt. Eng. 1990. Vol. 26,
no. 9. P. 672–675.
[444] Analyzing optics test data on rectangular apertures using 2-D Chebyshev polynomials /
F. Liu, B. Robinson, P. Reardon et al. // Opt. Eng. 2011. Vol. 50, no. 4. P. 043609.
[445] Dai G. Modal wave-front reconstruction with Zernike polynomials and Karhunen–Loeve functions // J. Opt. Soc. Am. A. 1996. Vol. 13, no. 6. P. 1218–1225. [446] Holographic Wavefront Sensing for Atmospheric Turbulence using Karhunen-Lo
eve
Decomposition / E. Anzuola, A. Zepp, P. Marin et al. // Proc. of Imaging and Applied
Optics Congress. 2016. P. AOM4C.2.
[447] Palomo P. M., Zepp A., Gladysz S. Characterization of the digital holographic wavefront
sensor // SPIE Proc. 9242. 2014. P. 470 – 483.
249
[448] APIC: полупроводниковый DFB-лазер с низким RIN. https://www.apichip.com/
buy-our-ultra-low-noise-high-power-lasers-today/. 2020.
[449] Mroziewicz B. External cavity wavelength tunable semiconductor lasers - a review // Opto-
Electron. Rev. 2008. Vol. 16, no. 4. P. 347–366.
[450] Hybrid integrated InP-Si3N4 diode laser with a 40-Hz intrinsic linewidth / Y. Fan, A. van
Rees, P. van der Slot et al. // Opt. Express. 2020. Vol. 28, no. 15. P. 21713–21728.
[451] Ultralow noise miniature external cavity semiconductor laser / W. Liang, V. S. Ilchenko,
D. Eliyahu et al. // Nat. Commun. 2015. Vol. 6, no. 1. P. 7371.
[452] OEwaves: лазерные источники с внешним микро-резонатором моды шепчущей галереи.
https://oewaves.com/hi-q-1-5-micron-lasers-1. 2019.
[453] Ultra-narrow-linewidth Brillouin/erbium fiber laser / M. Chen, C. Wang, J. Wang et al. //
SPIE Proc. 10512. 2018. P. 105120J.
[454] Sub-hertz fundamental linewidth photonic integrated Brillouin laser / S. Gundavarapu,
G. M. Brodnik, M. Puckett et al. // Nat. Photonics. 2019. Vol. 13, no. 1. P. 60–67.
[455] McClung F. J., Hellwarth R. W. Giant optical pulsations from ruby // J. Appl. Phys. 1962.
Vol. 33, no. 3. P. 828–829.
[456] Ultralow-noise mode-locked optical pulse trains from an external cavity laser based on a slab
coupled optical waveguide amplifier (SCOWA) / S. Gee, F. Quinlan, S. Ozharar et al. //
Opt. Lett. 2005. Vol. 30, no. 20. P. 2742–2744.
[457] 10 GHz ultralow jitter optical pulse stream generated by optoelectronic delay oscillators with
soliton compression / A. Hmima, L. Larger, P. Lacourt et al. // Proc. of CLEO/EQEC. 2009.
[458] Sakamoto T., Kawanishi T., Izutsu M. Widely wavelength-tunable ultra-flat frequency comb
generation using conventional dual-drive Mach-Zehnder modulator // Electron. Lett. 2007.
Vol. 43, no. 19. P. 1039–1040.
[459] Generation of broadband optical frequency comb with rectangular envelope using cascaded
intensity and dual-parallel modulators / X. Zhou, X. Zheng, H. Wen et al. // Opt. Commun.
2014. Vol. 313. P. 356–359.
250
[460] Microresonator-based solitons for massively parallel coherent optical communications /
P. Marin-Palomo, J. N. Kemal, M. Karpov et al. // Nature. 2017. Vol. 546, no. 7657.
P. 274–279.
[461] Kuo B. P.-P., Radic S. Wide-Band and Noise-Inhibited Signal Manipulation in Dispersion-
Engineered Parametric Mixers // All-Optical Signal Processing: Data Communication and
Storage Applications / Ed. by S. Wabnitz, B. J. Eggleton. Springer, 2015. P. 185–216.
[462] Suppression of Inter-channel Higher Order Four Wave Mixing in Four-Mode Phase-Sensitive
Parametric Wavelength Multicasting / L. Liu, A. O. J. Wiberg, E. Myslivets et al. // J.
Light. Technol. 2015. Vol. 33, no. 11. P. 2324–2331.
[463] High Spectral Efficiency PM-128QAM Comb-Based Superchannel Transmission Enabled by
a Single Shared Optical Pilot Tone / M. Mazur, A. Lorences-Riesgo, J. Schr ̈oder et al. // J.
Light. Technol. 2018. Vol. 36, no. 6. P. 1318–1325.
[464] Deakin C., Liu Z. Dual frequency comb assisted analog-to-digital conversion // Opt. Lett.
2020. Vol. 45, no. 1. P. 173–176.
[465] Fundamental limitations of spectrally-sliced optically enabled data converters arising from
MLL timing jitter / A. Zazzi, J. M ̈uller, S. Gudyriev et al. // Opt. Express. 2020. Vol. 28,
no. 13. P. 18790–18813.
[466] Hu H., Radic S. Sub-Nyquist Ultra-Wideband Sparse Signal Reception via Variable
Frequency Comb // J. Light. Technol. 2020. Vol. 38, no. 17. P. 4625–4631.
[467] DeMaria A. J., Stetser D. A., Heynau H. Self mode-locking of lasers with saturable
absorbers // Appl. Phys. Lett. 1966. Vol. 8, no. 7. P. 174–176.
[468] Ippen E., Shank C., Dienes A. Passive mode locking of the cw dye laser // Appl. Phys. Lett.
1972. Vol. 21, no. 8. P. 348–350.
[469] Laser mode locking using a saturable absorber incorporating carbon nanotubes / S. Set,
H. Yaguchi, Y. Tanaka et al. // J. Light. Technol. 2004. Vol. 22, no. 1. P. 51–56.
[470] Gigahertz repetition rate, sub-femtosecond timing jitter optical pulse train directly generated
from a mode-locked Yb:KYW laser / H. Yang, H. Kim, J. Shin et al. // Opt. Lett. 2014.
Vol. 39, no. 1. P. 56–59.
251
[471] Monolayer graphene as a saturable absorber in a mode-locked laser / Q. Bao, H. Zhang,
Z. Ni et al. // Nano Res. 2011. Vol. 4, no. 3. P. 297–307.
[472] Spence D. E., Kean P. N., Sibbett W. 60-fsec pulse generation from a self-mode-locked
Ti:sapphire laser // Opt. Lett. 1991. Vol. 16, no. 1. P. 42–44.
[473] Агравал Г. Применение нелинейной волоконной оптики. Лань, 2011.
[474] Haus H., Mecozzi A. Noise of mode-locked lasers // IEEE J. Quantum Electron. 1993.
Vol. 29, no. 3. P. 983–996.
[475] Paschotta R. Noise of mode-locked lasers (Part I): numerical model // Appl. Phys. B. 2004.
Vol. 79, no. 2. P. 153–162.
[476] Paschotta R. Noise of mode-locked lasers (Part II): timing jitter and other fluctuations //
Appl. Phys. B. 2004. Vol. 79, no. 2. P. 163–173.
[477] Theoretical and experimental comprehensive study of GHz-range passively mode-locked fiber
lasers / H. Mu ̃noz-Marco, J. Abreu-Afonso, G. Sardiello et al. // Appl. Opt. 2020. Vol. 59,
no. 23. P. 6817–6827.
[478] Record bandwidth and sub-picosecond pulses from a monolithically integrated mode-locked
quantum well ring laser / V. Moskalenko, S. Latkowski, S. Tahvili et al. // Opt. Express.
2014. Vol. 22, no. 23. P. 28865–28874.
[479] Mode-locked lasers in InP photonic integrated circuits / E. Bente, S. Latkowski,
V. Moskalenko et al. // SPIE Proc. 10123. 2017. P. 58–64.
[480] EOSpace Product Brochure: 2019. https://www.eospace.com/. 2019.
[481] iXblue Intensity Modulators. https://photonics.ixblue.com/store/
lithium-niobate-electro-optic-modulator/intensity-modulators. 2021.
[482] Компания ¾Т8¿ 40 ГБит/с BPSK модулятор. https://t8.ru/?page_id=10215. 2021.
[483] Silicon optical modulators / G. T. Reed, G. Mashanovich, F. Y. Gardes et al. // Nat.
Photonics. 2010. Vol. 4. P. 518–526.
[484] An 80 Gb/s Silicon Photonic Modulator Based on the Principle of Overlapped Resonances /
R. Li, D. Patel, A. Samani et al. // IEEE Photonics J. 2017. Vol. 9, no. 3. P. 518–526.
252
[485] Electronic–photonic convergence for silicon photonics transmitters beyond 100 Gbps on–off
keying / K. Li, S. Liu, D. J. Thomson et al. // Optica. 2020. Vol. 7, no. 11. P. 1514–1516.
[486] Achieving beyond-100-GHz large-signal modulation bandwidth in hybrid silicon photonics
Mach Zehnder modulators using thin film lithium niobate / X. Wang, P. O. Weigel, J. Zhao
et al. // APL Photonics. 2019. Vol. 4. P. 096101.
[487] High-performance coherent optical modulators based on thin-film lithium niobate platform /
M. Xu, M. He, H. Zhang et al. // Nat. Commun. 2020. Vol. 11. P. 3911.
[488] Lithium niobate photonic-crystal electro-optic modulator / M. Li, J. Ling, Y. He et al. //
Nat. Commun. 2020. Vol. 11. P. 4123.
[489] Ultralinear heterogeneously integrated ring-assisted Mach–Zehnder interferometer
modulator on silicon / C. Zhang, P. A. Morton, J. B. Khurgin et al. // Optica.
2016. Vol. 3, no. 12. P. 1483–1488.
[490] Ozaki J., Ogiso Y., Nakano S. High-speed Modulator for Next-generation Large-capacity
Coherent Optical Networks // NTT Tech. Rev. 2018. Vol. 16, no. 4. P. 1–8.
[491] Femtojoule electro-optic modulation using a silicon–organic hybrid device / S. Koeber,
R. Palmer, M. Lauermann et al. // Light Sci. Appl. 2015. Vol. 4. P. e255.
[492] 500 GHz plasmonic Mach-Zehnder modulator enabling sub-THz microwave photonics /
M. Burla, C. Hoessbacher, W. Heni et al. // APL Photonics. 2019. Vol. 4. P. 056106.
[493] II-VI High-Speed Detectors and Receivers. https://ii-vi.com/
product-category/products/optical-communications/communication-components/
high-speed-detectors-and-receivers/. 2021.
[494] Discovery Semiconductors. https://www.discoverysemi.com. 2021.
[495] ПОМ ¾Дилаз¿. http://www.dilas.ru/prom/dfdmsh40-16.php. 2021.
[496] 170 GHz Photodiodes for InP-based photonic integrated circuits / E. Rouvalis, M. Cthioui,
F. van Dijk et al. // Proc. of IPC. 2012. P. 88–89.
[497] High Power Integrated 100 GHz Photodetectors / A. Beling, J. S. Morgan, K. Sun et al. //
Proc. of MWP. 2018. P. 1–4.
253
[498] Silicon-on-Insulator Spectral Filters Fabricated With CMOS Technology / W. Bogaerts,
S. K. Selvaraja, P. Dumon et al. // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2010. Vol. 16,
no. 1. P. 33–44.
[499] A Compact Low-Power 320-Gb/s WDM Transmitter Based on Silicon Microrings / R. Ding,
Y. Liu, Q. Li et al. // IEEE Photonics J. 2014. Vol. 6, no. 3. P. 1–8.
[500] Tan Y., Wu H.and Dai D. Silicon-Based Hybrid (de)Multiplexer for Wavelength-
/Polarization-Division-Multiplexing // J. Light. Technol. 2018. Vol. 36, no. 11. P. 2051–2058.
[501] Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика. Мир, 1996.
[502] Treacy E. Optical pulse compression with diffraction gratings // IEEE J. Quantum Electron.
1969. Vol. 5, no. 9. P. 454–458.
[503] Strickland D., Mourou G. Compression of amplified chirped optical pulses // Opt. Commun.
1985. Vol. 56, no. 3. P. 219–221.
[504] Martinez O. 3000 times grating compressor with positive group velocity dispersion:
Application to fiber compensation in 1.3-1.6 μm region // IEEE J. Quantum Electron.
1987. Vol. 23, no. 1. P. 59–64.
[505] Martinez O. E., Gordon J. P., Fork R. L. Negative group-velocity dispersion using
refraction // J. Opt. Soc. Am. A. 1984. Vol. 1, no. 10. P. 1003–1006.
[506] Arissian L., Diels J. Carrier to envelope and dispersion control in a cavity with prism pairs //
Phys. Rev. A. 2007. Vol. 75. P. 013814.
[507] Time stretch and its applications / A. Mahjoubfar, D. V. Churkin, S. Barland et al. // Nat.
Photonics. 2017. Vol. 11, no. 6. P. 341–351.
[508] Continuous time realization of time-stretch ADC / G. C. Valley, G. A. Sefler, J. Chou
et al. // Proc. of MWP. 2006. P. 1–3.
[509] A photonic ADC for radar and EW applications based on modelocked laser / L. Pierno,
M. Dispenza, G. Tonelli et al. // Proc. of IEEE. 2008. P. 236–239.
[510] Kolner B. H. Space-time duality and the theory of temporal imaging // IEEE J. Quantum
Electron. 1994. Vol. 30, no. 8. P. 1951–1963.
254
[511] Theory of amplified dispersive Fourier transformation / K. Goda, D. R. Solli, K. K. Tsia
et al. // Phys. Rev. A. 2009. Vol. 80. P. 043821.
[512] Coppinger F., Bhushan A., Jalali B. Photonic time stretch and its application to analog-to-
digital conversion // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. 1999. Vol. 47, no. 7. P. 1309–1314.
[513] Starikov R., Nebavskiy V., Zlokazov E. Numeric simulation of RF modulated optical pulses
propagation in photonic time-stretch system // Proc. of SPIE 10176. 2017.
[514] Photonic Bandwidth Compression Front End for Digital Oscilloscopes / J. Chou,
J. A. Conway, G. A. Sefler et al. // J. Light. Technol. 2009. Vol. 27, no. 22. P. 5073–
5077.
[515] Auston D. H. Picosecond optoelectronic switching and gating in silicon // Appl. Phys. Lett.
1975. Vol. 26, no. 3. P. 101–103.
[516] Lawton R. A., Andrews J. R. Optically strobed sampling oscilloscope // IEEE Trans.
Instrum. Meas. 1976. Vol. IM-25, no. 1. P. 56–60.
[517] Villa C., Kumavor P., Donkor E. Demonstration of a Self-Synchronized Polyphase Sampling
and Demultiplexing Scheme for Radio-Frequency Analog Signals // IEEE Photon. Technol.
Lett. 2008. Vol. 20, no. 6. P. 452–454.
[518] Optically clocked track-and-hold for high-speed high-resolution analog-to-digital
conversion / E. W. Jacobs, J. B. Sobti, V. F. Vella et al. // Proc. of MWP. 2004.
P. 190–192.
[519] A 40-GHz-bandwidth, 4-bit, time-interleaved A/D converter using photoconductive
sampling / L. Y. Nathawad, R. Urata, B. Wooley et al. // IEEE Journal of Solid-State
Circuits. 2003. Vol. 38, no. 12. P. 2021–2030.
[520] A 1.28 GSPS 12-bit optoelectronic analog-to-digital converter / C. Villa, P. Kumavor,
E. Donkor et al. // SPIE Proc. 7339. 2009. P. 125–132.
[521] Valdmanis J. A., Mourou G., Gabel C. W. Picosecond electrooptic sampling system // Appl.
Phys. Lett. 1982. Vol. 41, no. 3. P. 211–212.
[522] Photonic subsampling analog-to-digital conversion of microwave signals at 40-GHz with
higher than 7-ENOB resolution / J. Kim, M. J. Park, M. H. Perrott et al. // Opt. Express.
2008. Vol. 16, no. 21. P. 16509–16515.
255
[523] Generation of low-timing-jitter femtosecond pulse trains with 2 GHz repetition rate via
external repetition rate multiplication / J. Chen, J. Sickler, P. Fendel et al. // Opt. Lett.
2008. Vol. 33, no. 9. P. 959–961.
[524] Frankel M., Kang J., Esman R. High-performance photonic analogue-digital converter //
Electron. Lett. 1997. Vol. 33, no. 25. P. 2096–2097.
[525] Pistoni N. C., Martinelli M. Polarization noise suppression in retracing optical fiber
circuits // Opt. Lett. 1991. Vol. 16, no. 10. P. 711–713.
[526] Deep-learning-powered photonic analog-to-digital conversion / S. Xu, X. Zou, B. Ma et al. //
Light: Science & Applications. 2019. Vol. 8, no. 1. P. 66.
[527] Multicast Parametric Synchronous Sampling / C.-S. Bres, N. Alic, A. H. Gnauck et al. //
IEEE Photon. Technol. Lett. 2008. Vol. 20, no. 14. P. 1222–1224.
[528] Effective Sample Parallelization in a Single Nonlinear Device for High Sampling Rate
Photonic Assisted ADC / L. Ma, P. Ghelfi, M. Yao et al. // Proc. of IPR. OSA, 2010.
P. PWD1.
[529] Taylor H. An optical analog-to-digital converter - Design and analysis // IEEE J. Quantum
Electron. 1979. Vol. 15, no. 4. P. 210–216.
[530] Photonic analog-to-digital conversion using multiple comparators and Mach-Zehnder
modulators with identical half-wave voltages / S. Yang, Z. Shi, H. Chi et al. // Opt. Commun.
2009. Vol. 282, no. 4. P. 504–507.
[531] Electro-optical analog-to-digital converter based on LiNbO3 Mach-Zehnder modulators /
L. Xu, S. Zhang, X. Zhou et al. // Proc. of ICOCN 2010. 2010. P. 343–346.
[532] Soliton self-frequency shift and two-stage spectral compression for resolution improvement
of all-optical ADC / J. L. Liu, H. P. Li, X. G. Tang et al. // Proc. of ACP. OSA, 2013.
P. ATh4D.2.
[533] Photonic analog-to-digital converter based on wavelength sampling and quantizing / Y. Liu,
Q. Zhang, H. Li et al. // Proc. of APCC. 2009. P. 491–494.
[534] Maruta A., Oda S. Optical Signal Processing Based on All-Optical Analog-to-Digital
Conversion // Optics and Photonics News. 2008. Vol. 19, no. 4. P. 30–35.