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

Информация о документе

Формат документа
PDF
Кол-во страниц
256 страниц
Загрузил
Старцев Вадим
Лицензия
CC BY
Доступ
Всем

Информация о диссертации

Место защиты (город)
Россия, Москва
Место защиты (организация)
НИЯУ МИФИ
Ведущая организация
НИЯУ МИФИ
Научный руководитель
Стариков Р.С.
Учёная степень
Доктор наук
Год публикации
2021
Автор(ы)
Злоказов Евгений Юрьевич
Тема диссертации
01.04.21 Лазерная физика
Ключевые фразы
фотонные системы, фотоника, оптическая память, хранение данных
Каталог SCI
Электроника
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

Цель работы

целью 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
  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. Исследование возможностей построения фотонных аналого-цифровых преобразователей
    сигналов СВЧ диапазона на основе сверхстабильных лазеров с синхронизацией мод, а так-
    же компонент и схем микроволновой фотоники. Разработка и апробация принципов по-
    строения систем многоканальных фотонных аналого-цифровых преобразователей сверх-
    широкополосных радио сигналов на основе схем с оптической дискретизацией и электрон-
    ным квантованием
Научна новизна
  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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
  6. 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
Заключение
  1. Анализ современных достижений в области построения оптических информационных систем 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
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-Loeve
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.