DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-02-78-88
УДК 621.391
Андрей Сергеевич Дюбов1, Михаил Сергеевич Кузьмин2, Сергей Александрович Рогов3*
Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, Санкт-Петербург, Россия
1blip@bk.ru https://orcid.org/0000-0002-3168-4340
2ranlitic@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-6044-2423
3sarogov@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-4251-1197
Аннотация
Предмет исследования. В работе исследуется динамический диапазон когерентного оптического анализатора спектра с жидкокристаллическим устройством ввода. Цель работы. Теоретическое и экспериментальное определение уровня ложных сигналов на выходе анализатора спектра. Экспериментальное определение значения динамического диапазона. Метод. Выполнен теоретический анализ спектральных компонент в выходном сигнале на основе представления зависимости пропускания жидкокристаллического устройства ввода по амплитуде света от входного управляющего сигнала в виде разложения в ряд по степенным функциям в окрестности рабочей точки. Экспериментально зарегистрированы выходные сигналы спектроанализатора и определены значения динамического диапазона для случаев одного-, двух- и трёхчастотных входных сигналов. Основные результаты. Предложена методика расчёта уровня ложных сигналов на выходе оптического анализатора спектра с жидкокристаллической матрицей для ввода сигналов и проведены измерения его динамического диапазона. Практическая значимость. Получен динамический диапазон более 40 дБ при трёхчастотном входном сигнале.
Ключевые слова: оптическая обработка сигналов, когерентный оптический спектроанализатор, динамический диапазон, жидкокристаллический пространственный модулятор света, растровый ввод сигналов
Ссылка для цитирования: Дюбов А.С., Кузьмин М.С., Рогов С.А. Динамический диапазон когерентного оптического спектроанализатора с жидкокристаллической матрицей для ввода сигналов // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 2. С. 78–88. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-02-78-88
Коды OCIS: 070.0070, 070.6120, 070.4790, 100.4550, 070.4550.
Dynamic range of a coherent opticalspectrum analyzer with a liquid-crystal matrix signal-input device
Andrey S. Diubov1, Michael S. Kuzmin2, Sergey A. Rogov3*
The Bonch-Bruevich Saint Petersburg State University of Telecommunications, Saint-Petersburg, Russia
1blip@bk.ru https://orcid.org/0000-0002-3168-4340
2ranlitic@gmail.com https://orcid.org/0000-0001-6044-2423
3sarogov@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-4251-1197
Abstract
Subject of study. The paper investigates the dynamic range of a coherent optical spectrum analyzer with a liquid-crystal signal-input device. Aim of study. The goal is the theoretical and experimental assessment of the false signal levels at the spectrum analyzer output. The purpose is to experimentally determine the value of the dynamic range. Method. A theoretical analysis of the spectral components in the output signal is performed based on the representation of the transmission dependence of a liquid-crystal input device in the light amplitude on the input control signal in the form of an expansion in a series of power functions in proximity of the operating point. The output signals of the spectrum analyzer were experimentally registered and the values of the dynamic range were determined for the cases of one-, two- and three-frequency input signals. Main results. A calculating technique for the false signal levels at the output of an optical spectrum analyzer with a liquid-crystal matrix signal-input device is proposed, and its dynamic range is measured. Practical significance. More than 40 dB dynamic range is achieved for a three-frequency input signal.
Keywords: optical signal processing, coherent optical spectrum analyzer, dynamic range, liquid-crystal spatial light modulator, raster signal input
For citation: Diubov A.S., Kuzmin M.S., Rogov S.A. Dynamic range of a coherent optical spectrum analyzer with a liquid-crystal matrix signal-input device [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 2. P. 78–88. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-02-78-88
OCIS сodes: 070.0070, 070.6120, 070.4790, 100.4550, 070.4550.
Список источников
1. Терпин Т.М. Спектральный анализ сигналов оптическими методами // Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике: ТИИЭР. 1981. Т. 69. № 1. С. 92–108.
2. Гринёв А.Ю., Наумов К.П., Пресленева Л.Н., Тигин Д.В., Ушаков В.Н. Оптические устройства в радиотехнике: Учебное пособие для вузов / Под. ред. В.Н. Ушакова. Изд. 2-е испр. и доп. М.: Радиотехника, 2009. 264 с.
3. Антонов Ю.Г., Аронов Л.А., Грачев С.В., Ушаков В.Н. Автоматизированный комплекс мониторинга радиотехнической обстановки на основе акустооптического спектрометра-фазометра // Радиотехника. 2009. № 3. С. 92–96.
4. Роздобудько В.В., Помазанов А.В., Крикотин С.В., Примак В.П., Буянов А.Б., Шибаев С.С., Новиков В.М. Акустооптический измеритель частотно-временных параметров СВЧ радиосигналов // Специальная техника. 2011. № 3. С. 8–24.
5. Анищенко А.В., Рогов С.А., Высоцкий М.Г., Катков Б.Г., Парфенов В.А., Розов С.В., Скороход В.В., Тутыгин В.С., Южаков А.В. Акустооптоэлектронный приемник — анализатор спектра для измерения параметров радиосигналов в реальном масштабе времени // Радиотехника. 2012. № 5. С. 18–24.
6. Электронный ресурс URL: https://holoeye.com/ (HOLOEYE Photonics AG – Spatial Light Modulators, Difractive Optics, LCOS Microdisplay Components). (Дата обращения 10.09.2022).
7. Kuzmin M.S., Rogov S.A. Spatial light modulator based on liquid-crystal video projector matrix for information processing systems // Optical Memory & Neural Networks (Information Optics). 2013. V. 22. № 4. P. 261–266. https://doi.org/10.3103/S1060992X13040103
8. Евтихиев Н.Н., Стариков С.Н., Злоказов Е.Ю., Проценко Е.Д., Солякин И.В., Стариков Р.С., Шапкарина Е.А., Шаульский Д.В. Макет инвариантного коррелятора на базе жидкокристаллических пространственно-временных модуляторов света // Квантовая электроника. 2012. Т. 42. № 11. C. 1039–1041.
9. Su Zhang, Jin Duan, Qiang Fu, Wen-sheng Wang. Infrared zoom lens design based on target correlation recognition and tracking // Proc. SPIE 9676. AOPC 2015. Optical Design and Manufacturing Technologies. 967607 (15 October 2015). https://doi.org/10.1117/12.2197584
10. Кузьмин М.С., Рогов С.А. Оптический фурье-процессор с жидко-кристаллическим устройством ввода информации // Оптический журнал. 2015. Т. 82. № 3. С. 23–29.
11. Кузьмин М.С., Рогов С.А. Влияние нелинейности регистрации спектра в корреляторе совместного преобразования при распознавании одинаковых образов // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 8. С. 64–69.
12. Kuzmin M.S., Rogov S.A. Signal parallel input liquid-crystal devices for multichannel optical processing systems // Optical Memory & Neural Networks (Information Optics). 2016. V. 25. № 2. P. 114–117. https://doi.org/10.3103/S1060992X16020089
13. Оптическая обработка информации. Применения / Под ред. Д. Кейсесента. Пер. с англ. М.: Мир, 1980. 350 с.
14. Кузьмин М.С., Рогов С.А. Анализатор свернутого спектра с жидкокристаллическим устройством ввода сигналов // Письма в ЖТФ. 2014. Т. 40. № 15. С. 1–5.
15. Кузьмин М.С., Рогов С.А. Обработка одномерных сигналов с растровым вводом в двумерных оптических корреляторах // Журнал технической физики. 2015. Т. 84. Вып. 4. С. 156–158.
16. Давыдов В.В., Кузьмин М.С., Рогов С.А. Об использовании много-растрового ввода одномерных сигналов в двумерных оптических корреляторах // Компьютерная оптика. 2019. Т. 43. № 3. С. 391–396. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2019-43-3-391-396
17. Кузьмин М.С., Рогов С.А. Ввод низкочастотных сигналов в оптические системы обработки информации с жидкокристаллической матрицей на входе // XI Международная конференция по фотонике и информационной оптике: Сборник научных трудов. М.: НИЯУ МИФИ, 2022. С. 611–612.
18. Гуревич Б.С., Зайченко К.В., Колесов В.М., Кордюкова А.А., Рогов С.А. Применение методов фотоники для обработки биоэлектрических сигналов // Сборник трудов XXXII школы-симпозиума по голографии, когерентной оптике и фотонике. СПб: Университет ИТМО, 2022. С. 108–111.
19. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов: Учебное пособие. СПб.: Издательство «Лань», 2010. 608 с.
20. Дьяконов В. Выбор цифровых анализаторов спектра с учетом их нелинейности и измерений уровня // Компоненты и технологии. 2009. № 9. С. 153–161.
21. Ли Дж.Н., Вандерлугт Э. Акустооптические методы обработки сигналов и вычислений // Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике: ТИИЭР. 1989. Т. 77. № 10. С. 158–193.
REFERENCES
1. Terpin T.M. Spectrum analysis using optical processing // Proc. of the IEEE. 1981. V. 69. № 1. P. 79–92. https://doi.org/10.1109/PROC.1981.11922
2. Grinev A.Yu., Naumov K.P., Presleneva L.N., Tigin D.V., Ushakov V.N. Optical devices in radio engineering: Textbook for universities / Ed. by V.N. Ushakov. Ed. 2nd rev. and additional. Mosсow: Radiotehnika, 2009. 264 p.
3. Antonov Yu.G., Aronov L.A., Grachev S.V., Ushakov V.N. Automated complex for monitoring the radio-technical situation on the basis of an acousto-optical spectrometer-phase meter // Radiotechniks. 2009. № 3. P. 92–96.
4. Rozdobudko V.V., Pomazanov A.V., Krikotin S.V., Primak V.P., Buyanov A.B., Shibaev S.S., Novikov V.M. Acousto-optical meter of frequency-time parameters of microwave radio signals // Special equipment. 2011. № 3. P. 8–24.
5. Anishchenko A.V., Rogov S.A., Vysotsky M.G., Katkov B.G., Parfenov V.A., Rozov S.V., Skorokhod V.V., Tutygin V.S., Yuzhakov A.V. Acousto-optoelectronic receiver-spectrum analyzer for measuring parameters of radio signals in real time // Radiotechniks. 2012. № 5. P. 18–24.
6. URL: https://holoeye.com/ (HOLOEYE Photonics AG – Spatial Light Modulators, Difractive Optics, LCOS Microdisplay Components) (date of application 10.09.2022).
7. Kuzmin M.S., Rogov S.A. Spatial light modulator based on liquid-crystal video projector matrix for information processing systems // Optical Memory & Neural Networks (Information Optics). 2013. V. 22. № 4. P. 261–266. https://doi.org/10.3103/S1060992X13040103
8. Evtikhiev N.N., Starikov S.N., Protsenko E.D., Zlokazov E.Yu., Solyakin I.V., Starikov R.S., Shapkarina E.A., Shaulskiy D.V. Model of an invariant correlator with liquid-crystal spatial light modulators // Quantum Electronics. 2012. Т. 42. № 11. P. 1039–1041. https://doi.org/10.1070/QE2012v042n11ABEH015009
9. Su Zhang, Jin Duan, Qiang Fu, Wen-sheng Wang. Infrared zoom lens design based on target correlation recognition and tracking // Proc. SPIE 9676. AOPC 2015. Optical Design and Manufacturing Technologies. 967607 (15 October 2015). https://doi.org/10.1117/12.2197584
10. Kuz'min M.S., Rogov S.A. Optical fourier processor with a liquid-crystal information-input device // Journal of Optical Technology. 2015. V. 82. № 3. P. 147–152. https://doi.org/10.1364/JOT.82.000147
11. Kuz’min M.S., Rogov S.A. Effect of spectral recording nonlinearity in a joint transform correlator for recognition of identical patterns // Journal of Optical Technology. 2017. V. 84. № 8. P. 557–561. https://doi.org/10.1364/JOT.84.000557
12. Kuzmin M.S., Rogov S.A. Signal parallel input liquid-crystal devices for multichannel optical processing systems // Optical Memory & Neural Networks (Information Optics). 2016. V. 25. № 2. P. 114–117. https://doi.org/10.3103/S1060992X16020089
13. Casasent D. Optical data processing: Applications. Berlin: Springer-Verlag, 1978. 288 p. https://doi.org/10.1007/BFb0057980
14. Kuzmin M.S., Rogov S.A. A folded-spectrum analyzer with a liquid-crystal input device // Technical Physics Letters. 2014. V. 40. P. 629–631. https://doi.org/10.1134/S1063785014080082
15. Kuz’min M.S., Rogov S.A. Processing of 1D signals with raster input in 2D optical correlators // Technical Physics. 2015. № 60. P. 631–633. https://doi.org/10.1134/S1063784215040179
16. Kuzmin M.S., Davydov V.V., Rogov S.A. On the use of a multi-raster input of one-dimensional signals in two-dimensional optical correlators // Computer Optics. 2019. V. 43. № 3. P. 391–396. https://doi.org/10.18287/2412-6179-2019-43-3-391-396
17. Kuzmin M.S., Rogov S.A. Input of low-frequency signals into optical information processing systems with a liquid crystal matrix input // Proc. of the XI International Conference Photonics and Information Optics. Moscow. NRNU MEPhI. 2022. P. 611–612.
18. Kirill V. Zaichenko, Boris S. Gurevich, Sergey A. Rogov, Anna A. Kordyukova, Vasily M. Kolesov Application of photonics methods for processing bioelectric signals // Proceedings of the XXXII School-Symposium on Holography, Coherent Optics and Photonics. St Petersburg: ITMO University. 2022. P. 108–111.
19. Bronshtein I.N., Semendyayev K.A. A Guide-book to mathematics for engineers and students of higher educational institutions. St Petersburg: Publishing house “Lan”, 2010. 608 p.
20. Dyakonov V. Choice of digital spectrum analyzers taking into account their nonlinearity and level measurements // Components and technologies. 2009. № 9. P. 153–161.
21. Lee J.N., Vanderlugt A. Acoustooptic signal processing and computing // Proc. of IEEE. 1989. V. 77. № 10. P. 1528–1557. https://doi.org/10.1109/5.40667
