Фотонные системы формирования и обработки больших массивов цифровых данных тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, доктор наук Злоказов Евгений Юрьевич

• Злоказов Евгений Юрьевич
• доктор наук
• 2021

Оглавление диссертации доктор наук Злоказов Евгений Юрьевич

1.2.2 Хранение данных

1.2.3 Обработка больших массивов данных

1.2.4 Оптические методы детектирования сигналов

2 Многоканальные когерентные дифракционные системы

2.1 Представление о линейной оптической системе

2.1.1 Интегральные преобразования в скалярной теории дифракции

2.1.2 Дискретное представление интегральных преобразований

2.1.3 Влияние когерентности излучения

2.2 Принципы построения линейных оптических процессоров

2.2.1 Линейно-алгебраические операции в оптике

2.2.2 Преобразование Фурье

2.2.3 Когерентные свёрточные процессоры

2.3 Средства физической реализации синтезированных масок

2.3.1 Физические носители

2.3.2 Типы пространственно-временных модуляторов света

2.3.3 Компонентная база пространственно-временных модуляторов света

2.3.4 Типы модуляции, доступные с помощью современных пространственно-временных модуляторов света

2.4 Методы компьютерной голографии

2.4.1 Модель объекта

2.4.2 Синтез модели объектной волны

2.4.3 Синтез точечно-представленной модели дифракционной структуры

2.4.4 Синтез элементно-представленной модели дифракционной структуры

2.4.5 Бинарная реализация компьютерно-синтезированных голограмм

3 Запись и восстановление оптической информации методами компьютерной голографии

3.1 Формирование изображений с помощью компьютерно-синтезированных голограмм

3.2 Страница данных архивной голографической памяти

3.2.1 Амплитудно-модулированная страница данных

3.2.2 Комплексно-модулированная страница данных

3.3 Проекционная запись компьютерно-синтезированных голограмм Фурье бинарных страниц данных на материальный носитель

3.3.1 Варианты схемы проекционной записи компьютерно-синтезированных голограмм

3.3.2 Мультиплексная запись одномерных синтезированных голограмм Фурье бинарных страниц данных

3.3.3 Прототип системы архивной голографической памяти на основе мультиплексной проекционной записи одномерных КСГФ бинарных страниц данных

3.4 Формирование изображений цифровой комплексно-модулированной страницы данных

4 Когерентные дифракционные Фурье-процессоры и корреляторы

4.1 Оптические корреляторы, современное состояние

4.2 Основы корреляционного анализа

4.2.1 Корреляционная функция

4.2.2 Согласованный фильтр

4.2.3 Фильтры на инвариантных признаках

4.2.4 Составные инвариантные фильтры

4.2.5 Корреляционные метрики

4.2.6 Нейросетевая классификация изображений корреляционных пиков низкого разрешения

4.3 Реализация методов корреляционного распознавания в схемах когерентных дифракционных Фурье-процессоров

4.3.1 Вывод входной сцены

4.3.2 Вывод голографического фильтра

4.3.3 Моделирование схем когерентных дифракционных Фурье-процессоров

4.4 Корреляционный голографический детектор волнового фронта на основе ПВМС162

4.4.1 Принципиальная схема ДВФ на основе ПВМС и КСГ

4.4.2 Представление сигналов в проблеме детектирования волнового фронта

4.4.3 Особенности применения ПВМС с различным типом модуляции

4.4.4 Исследование метода

5 Фотонные аналого-цифровые преобразователи микроволновых сигналов

5.1 Основные компоненты схем микроволновой фотоники

5.1.1 Источники излучения

5.1.2 Электро-оптические модуляторы

5.1.3 Детекторы излучения

5.1.4 Пассивные компоненты

5.2 Модель одномодового световода

5.3 Оптическая предобработка РЧ-сигналов

5.3.1 Методы чирпирования импульсов ЛСМ

5.3.2 Моделирование эффекта «временная линза»

5.4 Основные схемы ФАЦП на основе импульсных лазеров

5.4.1 Схемы с оптической генерацией тактового сигнала

5.4.2 Схема одноканального ФАЦП с оптической выборкой

5.4.3 Схема многоканального ФАЦП с непрерывным чирпом

5.4.4 Схема многоканального ФАЦП с дискретным чирпом

5.4.5 Другие типы ФАЦП

5.5 Разработка устройства фотонного АЦП

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Фотонные системы формирования и обработки больших массивов цифровых данных»

Введение

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 использованием электромагнитных волн [1-5]. Появление полупроводниковой микроэлектроники [6,7], лазерной техники [8-12] и оптоволоконных линий связи [13, 14] привело к созданию глобальной сети Интернет, повсеместному распространению средств коммуникации, вычислительных устройств и персональных компьютеров, цифровых средств радио-электронной и оптико-электронной регистрации и мониторинга, а также компактных систем хранения данных. Развитие технологий матричных фото-детекторов типа ПЗС и КМОП привело к появлению 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 требования к вычислительной способности систем обработки больших массивов данных. Уровень современных вычислительных задач, требует применение устройств [16] с производительностью 1018 вычислительных операций в секунду (OPS). В этой связи создание сверхширокополосных 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 электромагнитных волн оптического диапазона (300 ГГц ^ 3 ПГц), а также возможности свободного и независимого распространения световых сигналов по воздуху, в стекле и в других известных прозрачных материалах и средах, на различных длинах несущих волн, а также в различных направлениях или пространственных модах. Современные источники на основе

лазерных осцилляторов обладают высокой степенью как пространственной, так и временной когерентности. Это даёт возможность эффективного использования пространственных и временных состояний функции комплексной амплитуды светового поля, а также различных состояний поляризации в качестве степеней свободы для формирования сигналов с высокой информационной ёмкостью и построения оптико-цифровых систем с пропускной способностью свыше 1015 бит/с. Применение источников на основе лазеров с синхронизацией мод позволяет осуществление процессов формирования, детектирования и аналого-цифрового преобразования динамических сигналов различной природы с временной точностью < 1 фс. Перечисленные возможности лазерных источников являются причиной высокого интереса к поиску путей построения оптико-цифровых систем на их основе для решения актуальных задач, связанных с формированием, передачей, обработкой, хранением и восстановлением цифровых данных с высокой скоростью и энергоэффективностью.

Большинство оптических схем, использующих свет в качестве носителя информационных сигналов, можно условно разделить на два типа. К первому типу относятся оптические системы, принцип действия которых основан на распространении световых волн в свободном пространстве и их взаимодействии с преградами. Если размеры предметов существенно больше длины волны, то скалярная теория дифракции, а также базирующиеся на ней методы Фурье-оптики [17] позволяют точное описание процессов, происходящих в оптической системе формирующей изображение. Высокий параллелизм когерентных дифракционных схем достигается за счёт возможности существования большого числа устойчивых пространственных степеней свободы (коммуникационных мод) в оптических линиях с относительно небольшим расстоянием распространения сигналов и относительно большими площадями апертур источников световых сигналов и детекторов [18]. Применение высокоразрешающих оптических носителей, а также голографического метода регистрации, записи и восстановления световых полей даёт возможность построения схем для различных практических целей, таких как формирование изображений двумерных и полно- или частично-параллаксных трёхмерных сцен, синтез световых пучков с заданным распределением комплексной амплитуды поля в пространстве, пространственно-частотная фильтрация и кодирование изображений, реализация оптических схем с заданным комплексным импульсным откликом, детектирование комплексной амплитуды поля. Оперативное формирование световых полей в схемах осуществляется за счёт механического перемещения материального носителя с набором различных оптических элементов или применения электро-оптических пространственно-временных модуляторов света. Современные образцы подобных устройств обладают до 107 независимо контролируемых элементов размером до 10 мкм2 и частотой переключения до 1 МГц. Одни-

ми из перспективных направлений применения когерентных дифракционных схем являются системы архивной голографической памяти, обладающие высокой надёжностью, долгосроч-ностью и высокой плотностью записи данных. Максимальные значения плотности записи данных оптическим методом на данный момент достигнуты с помощью прототипов систем АГП компании Akonia - 40 ГБ/см2 (США, 2015), и Hitachi - 46 ГБ/см2 (Япония, 2016). Компания NHK (Япония) представила устройство воспроизведения 8K UHDTV видео на основе модифицированной системы АГП Hitachi со скоростью считывания 520 Мбит/с и потенциальной ёмкостью носителя 2 ТБ. В настоящее время разработкой систем оптико-голографической памяти для задач архивного хранения «холодных» данных занимаются такие крупные организации, как Microsoft (Project HDS), а также ряд исследовательских центров по всему миру. Другим примером применения когерентных дифракционных схем являются оптико-электронные специализированные сопроцессоры, реализующие линейные или нелинейные операции с дискретными данными аналоговым методом. В качестве примеров, характеризующих уровень развития технологий обработки данных на основе когерентных дифракционных схем, можно привести стартапы Opalysys (Англия) и LightOn (Франция). Обе компании продемонстрировали реальные образцы оптико-электронных устройств, полностью интегрированных в архитектуру современных вычислительных систем. Подобные устройства способны реализовать операции линейной алгебры, широко востребованные в области обработки сигналов, моделирования многомерных процессов, а также обучения и аппаратной реализации нейронных сетей с эквивалентной производительностью до 1014 ^ 1015 операций в секунду при потребляемой мощности не более 100 Вт.

Ко второму типу оптико-цифровых систем относятся системы микроволновой фотоники [19], использующие оптические световоды с низким числом пространственных мод для передачи и преобразования световых сигналов. В схемах микроволновой фотоники для формирования и детектирования сигналов используются как правило одноканальные электрооптические модуляторы и фотодетекторы обладающие рабочими полосами аналоговой модуляции/детектирования до 100 ГГц. Пассивные компоненты, такие как спектральные мультиплексоры и демультиплексоры, волоконные разветвители, циркуляторы, фильтры на Брэг-говских решётках и т.д., позволяют эффективное использование окон прозрачности оптических материалов, из которых изготавливаются световоды. В случае оптоволоконных линий связи [20] это уже позволило построение цифровых линий со скоростью передачи данных до 10 Пбит/с. Современные технологии кремниевой фотоники и фотонных интегральных схем демонстрируют возможность реализации компонент и схем микроволновой фотоники совместно с устройствами управления на единой полупроводниковой подложке и построе-

ния компактных устройств формирования и обработки сигналов микроволнового диапазона модуляции, а также создания вычислительных систем на основе фотонных линейных алгебраических процессоров с числом параллельных входных/выходных каналов до 256 и эквивалентной производительностью на уровне 1015 операций в секунду.

Одной из востребованных областей применения компонент и схем микроволновой фотоники являются фотонные аналого-цифровые преобразователи сверх-широкополосных (более 10 ГГц) радио сигналов. Наиболее перспективные схемы этих устройств основаны на использовании сверх-стабильных лазеров с синхронизацией мод в качестве источников синхронизации и генераторов сигнала выборки. Современные коммерчески-доступные образцы таких лазеров обладают величиной апертурной ошибки выходного импульсно-периодического сигнала менее 10 фс, это на 1-2 порядка ниже лучших образцов аналого-цифровых преобразователей, построенных на основе технологий нано-электроники.

Таким образом, достижения в области создания оптико-электронных информационных систем демонстрируют возможности решения ряда критических для современных информационных технологий проблем, таких как детектирование сигналов с высоким пространственным и временным разрешением, формирование и высокоскоростная передача информационных сигналов, а также запись, надёжное хранение и высокопроизводительная энергоэффективная обработка больших массивов цифровых данных.

В связи с вышесказанным, 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 оперативной реализации голограммных элементов. Разработка и анализ алгоритмов синтеза и реализации моделей дифракционных структур для задач формирования численно заданного 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 архивной голографической памяти. Разработка и исследование схем проекционной записи компьютерно-синтезированных голограмм страниц данных на материальный носитель на

основе доступных пространственно-временных модуляторов света и самоизлучающих микродисплеев. 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 дифракционных 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 также компонент и схем микроволновой фотоники. Разработка и апробация принципов построения систем многоканальных фотонных аналого-цифровых преобразователей сверхширокополосных радио сигналов на основе схем с оптической дискретизацией и электронным квантованием.

Представленные в диссертации результаты теоретических и экспериментальных исследований определяют следующие положения научной новизны:

1. Показано, что достижения в области построения оптико-цифровых систем на основе лазерных источников обладают высоким потенциалом практического применения в современных информационных технологиях, связанных с высокоскоростным формированием и передачей, энергоэффективной обработкой, а также надёжным долгосрочным хранением больших массивов данных. В качестве наиболее перспективных направлений применения фотонных схем определены системы формирования изображений и голографические дисплеи, системы оптико-голографической архивной памяти, когерентные дифракцион-

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 компьютерной голографии дают возможность эффективно использовать современные образцы пространственно-временных модуляторов света с высоким пространственным разрешением с целью реализации голограммных элементов для решения задач, связанных с синтезом комплексного импульсного отклика оптических систем различной конфигурации.

3. Впервые разработаны и исследованы методы синтеза, физической реализации на материальном 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 возможность повышения плотности записи в этой системе за счёт применения продвинутых многосимвольных 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 реализации методов корреляционного распознавания образов в известных схемах когерентных дифракционных корреляторов изображений. Впервые предложен и обоснован метод повышения 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, цифровой обработки данных и математической оптимизации в оригинальной схеме корреляционного голографического детектора волнового фронта на основе пространственно-временного модулятора света и матричного фотодетектора. Исследована и обоснована возможность применения в схеме высокоскоростных пространственно-временных модуляторов света с бинарными типами модуляции.

6. Разработаны и исследованы принципы построения систем обработки сигналов микроволнового 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 повторения импульсов более 1 ГГц в качестве источников сигнала выборки. Сформулированы основные требования к реализации основных узлов этих схем.

Практическое значение результатов заключается в формировании теоретической и экспериментальной основы для разработки и создания лазерных оптико-электронных устройств, эффективно решающих различные задачи информационных технологий, связанные с детектированием и оцифровкой сигналов с высоким пространственным и/или временным разрешением, хранением и обработкой больших массивов цифровых данных, а также систем аппаратной реализации алгоритмов искусственного интеллекта. Методы построения когерентных дифракционных систем свободного пространства на основе современных компонент, таких как пространственно-временные модуляторы света и матричные фотодетекторы, а также алгоритмы применения вычислительных методов компьютерной голографии, могут быть использованы при создании широкого класса оптических систем для таких задач, как формирование 2D и 3D изображений, в том числе динамическое, синтез пучков с заданной комплексной амплитудой, детектирование и распознавание изображений, а также для высокопараллельной (до ~ 107 независимых каналов) реализации вычислительных алгоритмов линейной алгебры. Алгоритмы применения методов компьютерной голографии использованы в прототипе системы оптико-голографической архивной памяти, разработанной в МГТУ им. Н.Э. Баумана, защищённой 3-мя патентами. Система продемонстрировала высокую надёжность и потенциальные характеристики на уровне мировых достижений в области оптической записи цифровых данных. Идея построения системы архивной голографической памяти на основе компьютерно-синтезированных голограмм, представленная публикацией в Applied Optics в 2013 г, имеет 36(22) цитирований в базе Scopus, получила развитие в ряде отечественных и зарубежных научных организаций. Алгоритмы применения инвариантных фильтров для задач распознавания образов были использованы в разработке различных экспериментальных моделей устройств автоматического производственного мониторинга и контроля подлинности защитных голограмм, использующих цифровые видеокамеры в качестве регистрирующих устройств. Методы моделирования и построения схем когерентных дифракционных Фурье-процессоров, полученные при разработке прототипов когерентных

дифракционных корреляторов изображений в НИЯУ МИФИ, могут быть использованы для создания образцов аналоговых многоканальных оптических сопроцессоров, способных эффективно решать специализированные задачи обработки данных и аппаратной реализации алгоритмов искусственного интеллекта. Примером практического применения этих методов является схема голографического корреляционного детектора волнового фронта на основе ПВМС и МФД (имеется патент), а также гибридная схема когерентного коррелятора изображений с нейросетевой постобработкой (НИЯУ МИФИ). Результаты исследований схем микроволновой фотоники были использованы при разработке и создании в НИЯУ МИФИ оптической части радиотехнической системы на основе фотонных аналого-цифровых преобразователей (СЧ НИР шифр «Синтез-МИФИ»). Данная система успешно прошла полевые испытания. Набор численных, экспериментальных и метрологических методов, полученный при работе с компонентами и схемами микроволновой фотоники, может быть использован для разработки продвинутых многоканальных оптических систем линейной и нелинейной обработки сигналов на основе компонент фотонных интегральных схем.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Принципы применения методов компьютерной голографии для построения когерентных дифракционных схем с синтезированным комплексным импульсным откликом, позволяющие использование современных образцов пространственно-временных модуляторов света для оперативной реализации моделей дифракционных структур компьютерно-синтезированных голограмм с пространственно-частотной базой формируемых откликов до 5 • 106 дискретных комплексных значений.

2. Методы реализации компьютерно-синтезированных голограмм Фурье страниц цифровых данных на материальном носителе с помощью проекционной схемы записи на основе пространственно-временных модуляторов света или само-излучающих микродисплеев, позволяющие создание системы архивной голографической памяти, обладающей пониженной чувствительностью к вибрациям. Методы повышения плотности записи в системе архивной голографической памяти на основе проекционной схемы записи, заключающиеся в мультиплексировании одномерных компьютерно-синтезированных голограмм Фурье и применении многоуровневой комплексной модуляции страниц данных, демонстрирующие потенциальную возможность достижения плотности записи 45 ГБ/см2.

3. Принципы реализации методов инвариантного корреляционного распознавания объектов, представленных контурными, бинарными, полутоновыми и цветными изображениями, в

схемах когерентных дифракционных Фурье-процессоров на основе современных образцов пространственно-временных модуляторов света с высокой точностью и эквивалентной производительностью до 1013 численных операций в секунду. Метод анализа корреляционного отклика на основе обработки изображений окрестности пика корреляционной функции разрешением 32х32 элемента с помощью свёрточной нейронной сети, повышающий точность классификации объектов по сравнению с методами на основе стандартных метрик.

4. Способ применения методов компьютерной голографии, цифровой обработки изображений и математической оптимизации в оригинальной оптико-электронной схеме голографи-ческого детектора волнового фронта на основе пространственно-временного модулятора света и матричного фотодетектора. Обоснование возможности применения бинарных амплитудных или фазовых пространственно-временных модуляторов света для оперативной аппроксимации модели волнового фронта к волновому фронту входного пучка с точностью до Л/100.

5. Методы моделирования и построения схем фотонных аналого-цифровых преобразователей на основе сверхстабильных лазеров с синхронизацией мод и доступных компонент схем микроволновой фотоники, обладающих потенциальной возможностью достижения точности ЭЧБ 8 для сигналов до 40 ГГц и ЭЧБ 7 для сигналов до 100 ГГц. Результаты анализа возможностей мультиспектральной схемы фотонного аналого-цифрового преобразователя на основе непрерывного дисперсионного чирпирования входных импульсов, демонстрирующие ограничения полосы входных сигналов, вызванное дисперсионным уширением импульсов выборки, а также ограничение пиковой мощности импульсно-периодического сигнала не более 100 Вт, связанное с эффектами нелинейного взаимодействия импульсов с материалом дисперсионного модуля. Результаты анализа возможностей мультиспектраль-ной схемы на основе дискретного чирпирования входных импульсов с помощью демуль-типлексоров, демонстрирующие необходимость обеспечения стабильности длины линий задержки в чирпирующем модуле не более 5 мкм для сохранения апертурной ошибки в пределах 20 фс.

Апробация работы. Материалы диссертации обсуждались на конференциях: Imaging Sensing and Optical Memory ISOM'18 (Kitakyushu, Japan 2018); SPIE Remote Sensing (Berlin, Germany, 2018); SPIE Optics + Optoelectronics (Prague, Czech Republic, 2017); The 26th International Symposium on Optical Memory ISOM'16 (Kyoto, Japan, 2016); SPIE/COS Photonics

Asia (Beijing, China, 2016); Digital Holography & 3-D Imaging DH-2015 (Shanghai, China, 2015); 10th International Symposium on Display Holography ISDH-2015 (St. Petersburg, Russia, 2015); SPIE Defense + Security (Baltimore, Maryland, United State, 2014); Optical Pattern Recognition XXIV (Maryland, USA, 2013); Международная конференция по голографии и прикладным оптическим технологиям HOLOEXPO (Суздаль, 2012, Москва, 2013, Сочи, 2014, Казань, 2015, Ярославль, 2016, Звенигород, 2017, Москва, 2020); I-X Международная конференция по фотонике и информационной оптике, НИЯУ МИФИ (Москва, 2011-2021).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 95 работ, из них 1 — материалы монографии; 23 статьи в рецензируемых журналах и изданиях, в том числе 3 — в журналах уровня Q1, 10 — в журналах уровня Q2, 5 — в журналах уровня Q3, 5 — в журналах уровня Q4; 15 работ в других печатных изданиях, 56 тезисов в материалах научных конференций.

Личный вклад автора заключается в постановки целей исследований, определении основных подходов к решению поставленных задач, разработка алгоритмов численного моделирования, проектирование экспериментальных макетов и обобщение полученных результатов.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Содержит 92 рисунка и 10 таблиц. Библиография включает 534 наименования, изложена на 41 странице.

Глава 1

Современные достижения оптических информационных систем

Такие современные задачи, как моделирование сложных физических и химических процессов, облачные вычисления, беспроводная связь уровня 50 и выше, интернет вещей, мониторинг сложных систем и процессов, практическое внедрение методов искусственного интеллекта, развитие человеко-машинных интерфейсов, таких как дополненная реальность и трёхмерная визуализация, подразумевают детектирование, аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование сигналов с высоким временным и/или пространственным разрешением, а также передачу, обработку и хранение больших массивов цифровых данных.

В данной главе обсуждаются преимущества применения оптических схем на основе лазерных источников излучения в задачах, связанных с формированием передачей и обработкой информационных сигналов. В качестве основных областей применения оптоэлектронных когерентных систем рассмотрены задачи, связанные с передачей, хранением и обработкой цифровых сигналов.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Злоказов Евгений Юрьевич, 2021 год

Литература

[1] Whittaker E. On the Functions which are represented by the Expansions of the Interpolation-Theory // Proc. R. Soc. Edinb. 1915. Vol. 35. P. 181-194.

[2] Whittaker J. On the Cardinal Function of Interpolation Theory // Proc. Edinburgh Math. Soc. 1927. Vol. 1, no. 1. P. 41-46.

[3] Nyquist H. Certain topics in telegraph transmission theory // Trans. of AIEE. 1928. Vol. 47. P. 617-644.

[4] Котельников В. А. О пропускной способности «эфира» и проволоки в электросвязи // Всесоюзный энергетический комитет. Материалы к 1 Всесоюзному съезду по вопросам технической реконструкции дела связи и развития слаботочной промышленности. По радиосекции. 1933. С. 1-19.

[5] Shannon C. A Mathematical Theory of Communication // Bell Syst. Tech. J. 1948. Vol. 27. P. 379-423, 623-656.

[6] Bardeen J., Brattain W. The Transistor, a Semi-Conductor Triode // Bell Syst. Tech. J. 1948. Vol. 28, no. 3. P. 435-89.

[7] Shockley W. The Theory of P-N Junctions in Semiconductors and P-N Junction Transistors // Bell Syst. Tech. J. 1949. Vol. 28, no. 3. P. 435-89.

[8] Басов Н.Г., Прохоров А.М. Молекулярный генератор и усилитель // УФН. 1955. Т. 57, № 11. С. 485-501.

[9] Прохоров А.М. О молекулярном усилителе и генераторе на субмиллиметровых волнах // ЖЭТФ. 1958. Т. 34, № 6. С. 1658.

[10] Schawlow A. L., Townes C. H. Infrared and Optical Masers // Phys. Rev. 1958. Vol. 112, no. 6. P. 1940-1949.

[11] Kroemer H. A Proposed Class of Heterojunction Injection Lasers // Proc. of the IEEE. 1963. Vol. 51, no. 12. P. 1782-1783.

[12] Алферов Ж.И., Казаринов Р.Ф. Полупроводниковый лазер с электрической накачкой. Патент SU181737A1. 1975.

[13] Kao K. C., Hockham G. A. Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies // Proc. of IEE. 1966. Vol. 113, no. 7. P. 1151-1158.

[14] Keck D. B., Schultz P. C., Zimar F. Method of Forming Optical Waveguide Febers. US Patent No. US3737292. 1973.

[15] Reinsel D., Gantz J., Rydning J. Data age 2025: The evolution of data to life-critical // An IDC White Paper. 2017.

[16] TOP500. https://www.top500.org/. 2020.

[17] Гудмен Дж. Введение в фурье-оптику. Мир, 1970.

[18] Miller D. A. B. Waves, modes, communications and optics. arXiv:1904.05427 [physics.optics]. 2019.

[19] Urick Jr. V. J., McKinney J., Williams K. Fundamentals of microwave photonics. Wiley, 2015.

[20] Agrawal G. P. Fiber-optic communication systems. Wiley, 2010.

[21] Galileo G. Sidereus nuncius. Venice, 1610.

[22] Airy G. B. On the Diffraction of an Object-glass with Circular Aperture // Transactions of the Cambridge Philosophical Society. 1835. Vol. 5. P. 283-291.

[23] Foucault L. Memoire sur la construction des telescopes enverre argente // Annales de l'Observatoire Imperial de Paris. 1859. Vol. 5, no. 3. P. 197-237.

[24] Abbe E. Beitrage zur theorie des mikroskops und der mikroskopischen wahrnehmung // Archiv für Mikroskopische. Anatomie. 1873. Vol. 9, no. 1. P. 413-468.

[25] Porter A. B. XII. On the diffraction theory of microscopic vision // Philosophical Magazine Series 6. 1906. Vol. 11, no. 61. P. 154-166.

[26] Duffieux P. L'integrale de Fourier et ses applications a l'optique. Imprimeries Oberthur, 1946.

[27] Elias P., Grey D., Robinson D. Fourier Treatment of Optical Processes //J. Opt. Soc. Am. 1952. Vol. 42, no. 2. P. 127-134.

[28] Gabor D. A new microscopic principle // Nature. 1948. Vol. 161. P. 777-778.

[29] Optical data processing and filtering systems / L. Cutrona, E. Leith, C. Palermo et al. // IRE Transactions on Information Theory. 1960. Vol. 6, no. 3. P. 386-400.

[30] Leith E. N., Upatnieks J. Reconstructed Wavefronts and Communication Theory //J. Opt. Soc. Am. 1962. Vol. 52, no. 10. P. 1123-1130.

[31] Марешаль А., Франсон М. Структура оптического изображения. Мир, 1964.

[32] Борн М., Вольф Э. Основы Оптики. Наука, 1970.

[33] Toraldo di Francia G. Resolving Power and Information //J. Opt. Soc. Am. 1955. Vol. 45, no. 7. P. 497-501.

[34] Gabor D. Light and Information // Progress in Optics. 1961. Vol. 1, no. E. P. 109-153.

[35] Toraldo di Francia G. Degrees of Freedom of an Image //J. Opt. Soc. Am. 1969. Vol. 59, no. 7. P. 799-804.

[36] Miller D. A. B. Communicating with waves between volumes: evaluating orthogonal spatial channels and limits on coupling strengths // Appl. Opt. 2000. Vol. 39, no. 11. P. 1681-1699.

[37] Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография. Мир, 1973. С. 698.

[38] Колфилд(ред.) Г. Оптическая голография, т.1. Мир, 1982.

[39] Caulfield(Editor) H. The Art and Science oh Holography. SPIE Press, 2004.

[40] Kumar B., Mahalanobis A., Juday R. Correlation Pattern Recognition. Cambridge University Press, 2005.

[41] Psaltis D., Casasent D. General Formulation For Optical Signal Processing Architectures // Opt. Eng. 1980. Vol. 19, no. 2. P. 193-198.

[42] Ambs P. Optical Computing: A 60-Year Adventure // Advances in Optical Technologies. 2010. Vol. 2010. P. 372652.

[43] Dallas W. J. Computer-generated holograms. Springer, Berlin, Heidelberg, 1980. Vol. 41 of The Computer in Optical Research. Topics in Applied Physics. P. 291-366.

[44] Dallas W. J. Computer-Generated Holograms. In: Poon T. C. (ed.) Digital Holography and Three-Dimensional Display. Springer, Boston, MA, 2006.

[45] Matsushima K. Introduction to Computer Holography. Springer, 2020.

[46] Holographic Data Storage: From Theory to Practical Systems / K. Curtis, L. Dhar, A. Hill et al. John Wiley & Sons Ltd, 2010.

[47] Методы и устройства оптико-голографических систем архивной памяти. Под ред. С.Б. Одинокова / С.Б. Одиноков, Е.Ю. Злоказов, А.Ю. Бетин [и др.]. Техносфера, 2018.

[48] Kim M. Digital Holographic Microscopy. Principles, Techniques, and Applications. Springer, 2011.

[49] Digital Holography and Wavefront Sensing. Principles, Techniques and Applications / U. Schnars, C. Falldorf, J. Watson et al. Springer, 2015.

[50] Schultz P. C. Fabrication of Optical Waveguides by the Outside Vapor Deposition Process // Proc. of the IEEE. 1980. Vol. 68, no. 10. P. 1187-1190.

[51] Bogaerts W., Chrostowski L. Silicon Photonics Circuit Design: Methods, Tools and Challenges // Laser Photonics Rev. 2018. Vol. 12, no. 4. P. 1700237.

[52] Marpaung D., Yao J., Capmany J. Integrated microwave photonics // Nat. Photonics. 2019. Vol. 13, no. 2. P. 80-90.

[53] 10.66 Peta-Bit/s Transmission over a 38-Core-Three-Mode Fiber / G. Rademacher, B. J. Puttnam, R. S. Luis et al. // Proc. of OFC. OSA, 2020.

[54] ASCAC Report: Top Ten Exascale Research Challenges / R. Lucas, J. Ang, K. Bergman et al. 2014.

[55] Miller D. A. B., Ozaktas H. M. Limit to the Bit-Rate Capacity of Electrical Interconnects from the Aspect Ratio of the System Architecture //J. Parallel Distrib. Comput. 1997. Vol. 41. P. 4252.

[56] Progress in Low-Power Switched Optical Interconnects / A. V. Krishnamoorthy, K. W. Goossen, W. Jan et al. // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2011. Vol. 17, no. 2. P. 357-376.

[57] Miller D. A. B. Attojoule Optoelectronics for Low-Energy Information Processing and Communications - a Tutorial Review //J. Light. Technol. 2017. Vol. 35, no. 3. P. 346-396.

[58] Sub-femtojoule all-optical switching using a photonic-crystal nanocavity / K. Nozaki, T. Tanabe, A. Shinya et al. // Nat. Photonics. 2010. Vol. 4, no. 7. P. 477-483.

[59] Chip-scale Photonic Interconnects for Reconfigurable Computing / A. Sharkawy, O. Ebil, M. Zablocki et al. // Proc. of SPIE 7609. 2010. P. 760900.

[60] Winzer P. J., Essiambre R. Advanced Optical Modulation Formats // Proc. of the IEEE. 2006. Vol. 94, no. 5. P. 952-985.

[61] Coherent detection in optical fiber systems / E. Ip, A. Tao Lau, D. Barros et al. // Optics Express. 2008. Vol. 6, no. 12. P. 753-791.

[62] Ho K. Phase-Modulated Optical Communication Systems. Springer, 2005.

[63] Capacity Limits of Optical Fiber Networks / R. Essiambre, G. Kramer, P. J. Winzer et al. // J. Light. Technol. 2010. Vol. 28, no. 4. P. 662-701.

[64] Ip E., Kahn J. M. Compensation of Dispersion and Nonlinear Impairments Using Digital Backpropagation // J. Light. Technol. 2008. Vol. 26, no. 20. P. 3416-3425.

[65] Coherent Equalization and POLMUX-RZ-DQPSK for Robust 100-GE Transmission / C. Fludger, T. Duthel, D. Borne et al. //J. Light. Technol. 2008. Vol. 26, no. 1. P. 64-72.

[66] Nonlinear Tolerant Spectrally-Efficient Transmission Using PDM 64-QAM Single Carrier FDM With Digital Pilot-Tone / T. Kobayashi, A. Sano, A. Matsuura et al. //J. Light. Technol. 2012. Vol. 30, no. 24. P. 3805-3815.

[67] Maximizing the optical network capacity / P. Bayvel, R. Maher, T. Xu et al. // Philos. Trans. R. Soc. A. 2016. Vol. 374, no. 2062. P. 20140440.

[68] Zhao J., Liu Y., Xu T. Advanced DSP for Coherent Optical Fiber Communication // Appl. Sci. 2019. Vol. 9. P. 4192.

[69] First 100-nm Continuous-Band WDM Transmission System with 115Tb/s Transport over 100km Using Novel Ultra-Wideband Semiconductor Optical Amplifiers / J. Renaudier, A. C. Meseguer, A. Ghazisaeidi et al. // Proc. of ECOC. 2017. P. 1-3.

[70] 102.3-Tb/s (224 x 548-Gb/s) C- and Extended L-band All-Raman Transmission over 240 km Using PDM-64QAM Single Carrier FDM with Digital Pilot Tone / A. Sano, T. Kobayashi, S. Yamanaka et al. // Proc. of OFC/NFOEC. 2012. P. PDP5C.3.

[71] Advanced C+L-Band Transoceanic Transmission Systems Based on Probabilistically-Shaped PDM-64QAM / A. Ghazisaeidi, I. F. de J. Ruiz, R. Rios-Muller et al. //J. Light. Technol. 2017. Vol. 35, no. 7. P. 1291-1299.

[72] 54 Tb/s Transmission over 9,150 km with Optimized Hybrid Raman-EDFA Amplification and Coded Modulation / J.-X. Cai, Y. Sun, H. G. Batshon et al. // Proc. of ECOC. 2014. P. PD.3.3.

[73] 2048 QAM (66 Gbit/s) Single-Carrier Coherent Optical Transmission over 150 km with a Potential SE of 15.3 bit/s/Hz / S. Beppu, K. Kasai, M. Yoshida et al. // Proc. of OFC.

2014. P. W1A.6.

[74] Communication networks beyond the capacity crunch / A. D. Ellis, N. M. Suibhne, D. Saad et al. // Philos. Trans. R. Soc. A. 2016. Vol. 374. P. 20150191.

[75] 138-Tb/s Mode- and Wavelength-Multiplexed Transmission Over Six-Mode Graded-Index Fiber / J. Weerdenburg, R. Ryf, J. Alvarado-Zacarias et al. // J. Light. Technol. 2018. Vol. 36, no. 6. P. 1369-1374.

[76] 257-Tbit/s Weakly Coupled 10-Mode C + L-Band WDM Transmission / D. Soma, S. Beppu, Y. Wakayama et al. // J. Light. Technol. 2018. Vol. 36, no. 6. P. 1375-1381.

[77] 2.15 Pb/s transmission using a 22 core homogeneous single-mode multi-core fiber and wideband optical comb / B. J. Puttnam, R. S. Lus, W. Klaus et al. // Proc. of ECOC.

2015. P. 1-3.

[78] Brewer E., Ying L., Greenfield L. et al. Disks for Data Centers. 2016.

[79] Fontana R. E., Decad G. M. Moore's law realities for recording systems and memory storage components: HDD, tape, NAND, and optical // AIP Advances. 2018. Vol. 8, no. 5. P. 056506.

[80] 201 Gb/in2 Recording Areal Density on Sputtered Magnetic Tape / S. Furrer, M. A. Lantz, P. Reininger et al. // IEEE Trans. Magn. 2018. Vol. 54, no. 2. P. 1-8.

[81] The role of tape in the modern data center. https://www.techradar.com/news/ the-role-of-tape-in-the-modern-data-center. 2020.

[82] E-hualu Blu-ray and HDD Integrated Storage System. http://www.ehualu.com/en/ article_1602.html. 2017.

[83] Three-dimensional deep sub-diffraction optical beam lithography with 9 nm feature size / Z. Gan, Y. Cao, R. A. Evans et al. // Nat. Commun. 2013. Vol. 4. P. 2061.

[84] Multifocal optical nanoscopy for big data recording at 30 TB capacity and gigabits/second data rate / X. Li, Y. Cao, N. Tian et al. // Optica. 2015. Vol. 2, no. 6. P. 567-570.

[85] Pushing the limits of optical information storage using deep learning / P. R. Wiecha, A. Lecestre, N. Mallet et al. // Nat. Nanotechnol. 2019. Vol. 14, no. 3. P. 237-244.

[86] Plasmonic nano-structures for optical data storage / M. Mansuripur, A. R. Zakharian,

A. Lesuffleur et al. // Opt. Express. 2009. Vol. 17, no. 16. P. 14001-14014.

[87] Spectrally coded optical data storage by metal nanoparticles / H. Ditlbacher, J. R. Krenn,

B. Lamprecht et al. // Opt. Lett. 2000. Vol. 25, no. 8. P. 563-565.

[88] Zijlstra P., Chon J., Gu M. Five-dimensional optical recording mediated by surface plasmons in gold nanorods // Nature. 2009. Vol. 459. P. 410-413.

[89] Encoding Random Hot Spots of a Volume Gold Nanorod Assembly for Ultralow Energy Memory / Q. Dai, M. Ouyang, W.Yuan et al. // Advanced Materials. 2017. Vol. 29, no. 35. P. 1701918.

[90] High-capacity optical long data memory based on enhanced Young's modulus in nanoplasmonic hybrid glass composites / Q. Zhang, Z. Xia, Y. Cheng et al. // Nat. Commun. 2018. Vol. 9. P. 1183.

[91] Segmented cylindrical vector beams for massively-encoded optical data storage / M. Xian, Y. Xu, X. Ouyang et al. // Science Bulletin. 2020.

[92] Ultrafast Manipulation of Self-Assembled Form Birefringence in Glass / Y. Shimotsuma, M. Sakakura, P. G. Kazansky et al. // Advanced Materials. 2010. Vol. 22, no. 36. P. 40394043.

[93] Локальное двулучепреломление в стекле, наведенное фемтосекудным лазерным пучком / С. С. Федотов, С. В. Лотарев, А. С. Липатьев [и др.] // Успехи в химии и химической технологии. 2014. Т. 28, № 8. С. 98-101.

[94] Eternal 5D data storage by ultrafast laser writing in glass / J. Zhang, A. Cerkauskaite, R. Drevinskas et al. // SPIE Proc. 9736. 2016. P. 163-178.

[95] Glass: A New Media for a New Era? / P. Anderson, R. Black, A. Cerkauskaite et al. // USENIX HotStorage. USENIX Association, 2018.

[96] van Heerden P. J. Theory of Optical Information Storage in Solids // Appl. Opt. 1963. Vol. 2, no. 4. P. 393-400.

[97] Возможности применения методов голографии для создания новых типов запоминающих устройств / А. Л. Микаэлян, В. И. Бобринев, С. М. Наумов [и др.] // Радиотехника и электроника. 1969. T. XIV, № 1. С. 910- 914.

[98] Coufal H., Psaltis D., Sincebox G. Holographic Data Storage. Heidelberg: Springer, 2000.

[99] An X., Psaltis D., Burr G. W. Thermal fixing of 10,000 holograms in LiNbO3:Fe // Appl. Opt. 1999. Vol. 38, no. 2. P. 386-393.

[100] Practical angular-multiplexing holographic data storage system with 2 terabyte capacity and 1 gigabit transfer rate / T. Hoshizawa, K. Shimada, K. Fujita et al. // Jpn. J. Appl. Phys. 2016. Vol. 55, no. 9S. P. 09SA06.

[101] Prototype holographic data storage drive with wavefront compensation for playback of 8K video data / Y. Katano, T. Muroi, N. Kinoshita et al. // IEEE Trans. Consum. Electron. 2017. Vol. 63, no. 3. P. 243-250.

[102] Holographic data storage at 2+ Tbit/in2 / M. Ayres, K. Anderson, F. Askham et al. // Proc. of SPIE 9386. 2015. P. 93860G.

[103] Horimai H., Tan X. Collinear technology for a holographic versatile disk // Appl. Opt. 2006. Vol. 45, no. 5. P. 910- 914.

[104] Collinear holographic data storage technologies / X. Lin, J. Liu, J. Hao et al. // OptoElectronic Advances. 2020. Vol. 3, no. 3. P. 190004.

[105] Horimai H., Tan X. Holographic Information Storage System: Today and Future // IEEE Trans. Magn. 2007. Vol. 43, no. 2. P. 943-947.

[106] Standatd ECMA-377: Information Interchange on Holo- graphic Versatile Disc (HVD) Recordable Cartridges Capacity: 200 Gbytes per Cartridge. Ecma Int., 1st edition. 2007.

[107] Standard ECMA-378 Information Interchange on Read-Only Memory Holographic Versatile Disc (HVD-ROM) - Capacity: 100 Gbytes per disk. Ecma Int., 1st edition. 2007.

[108] Development of a coaxial-type holographic disk system with a small drive / K. Takasaki, H. Mori, S. Yamada et al. // Optical Data Storage. 2009. P. 110-112.

[109] 415 Gbit/in.2 recording in coaxial holographic storage using low-density parity-check codes / K. Tanaka, M. Hara, K. Tokuyama et al. // Optical Data Storage. 2009. P. 64-66.

[110] Phase modulated high density collinear holographic data storage system with phase-retrieval reference beam locking and orthogonal reference encoding / J. Liu, H. Horimai, X. Lin et al. // Opt. Express. 2018. Vol. 26, no. 4. P. 3828-3838.

[111] Holographic memory optical system based on computer-generated Fourier holograms / E. Zlokazov, A. Betin, V. Bobrinev et al. // Appl. Opt. 2013. Vol. 52, no. 33. P. 8142-8145.

[112] Holographic memory system based on projection recording of computer-generated 1D Fourier holograms / E. Zlokazov, A. Betin, V. Bobrinev et al. // Appl. Opt. 2014. Vol. 53, no. 28. P. 6591-6597.

[113] Application of optoelectronic micro-displays for holographic binary data recorder based on computer generated Fourier holograms / S. Odinokov, E. Zlokazov, A. Betin et al. // Opt. Mem. Neural Netw. (Inf. Opt.). 2016. Vol. 25, no. 4. P. 255-261.

[114] Ye P., Ernst T., Khare M. V. The last silicon transistor: Nanosheet devices could be the final evolutionary step for Moore's Law // IEEE Spectrum. 2019. Vol. 56, no. 8. P. 30-35.

[115] Ultralow contact resistance between semimetal and monolayer semiconductors / P.-C. Shen, C. Su, Y. Lin et al. // Nature. 2021. Vol. 593, no. 7858. P. 211-217.

[116] The Landscape of Exascale Research: A Data-Driven Literature Analysis / S. Heldens, P. Hijma, B. V. Werkhoven et al. // ACM Computing Surveys. 2020. Vol. 53, no. 2.

[117] Solli D. R., Jalali B. Analog optical computing // Nat. Photonics. 2015. Vol. 9, no. 11. P. 704-706.

[118] Novel frontier of photonics for data processing — Photonic accelerator / K. Kitayama, M. Notomi, M. Naruse et al. // APL Photonics. 2019. Vol. 4, no. 9. P. 090901.

[119] Rhodes Jr. J. Analysis and Synthesis of Optical Images // American Journal of Physics. 1953. Vol. 21. P. 337-343.

[120] O'Neill E. Spatial filtering in optics // IRE Transactions on Information Theory. 1956. Vol. 2, no. 2. P. 56-65.

[121] VanderLugt A. Signal Detection by complex spatial filtering // IEEE Trans. Info. Theory. 1964. Vol. IT-10. P. 139-145.

[122] Rau J. E. Detection of Differences in Real Distributions //J. Opt. Soc. Am. 1966. Vol. 56, no. 11. P. 1490-1494.

[123] Weaver C. S., Goodman J. W. A Technique for Optically Convolving Two Functions // Appl. Opt. 1966. Vol. 5, no. 7. P. 1248-1249.

[124] Kozma A., Leith E. N., Massey N. G. Tilted-Plane Optical Processor // Appl. Opt. 1972. Vol. 11, no. 8. P. 1766-1777.

[125] Casasent D. Coherent Optical Computing // Computer. 1979. Vol. 12, no. 01. P. 27-40.

[126] VanderLugt A. Optical Signal Processing. Wiley, 1992.

[127] Старк Г. Применение методов Фурье-оптики. Радио и связь, 1988.

[128] Guilfoyle P. S. Digital optical computer fundamentals, implementation, and ultimate limits // SPIE Proc. 10257. 1990. P. 102570G.

[129] P.S.Guilfoyle. DOC II — 32 Bit Digital Optical Computer: opto-electronic hardware and software // SPIE Proc. 1563. 1991. P. 267-278.

[130] Lohmann A. W., Paris D. P. Computer Generated Spatial Filters for Coherent Optical Data Processiing // Appl. Opt. 1968. Vol. 7, no. 4. P. 651-655.

[131] Kasprzak H. Fractional derivatives — analysis and experimental implementation // Appl. Opt. 2001. Vol. 40, no. 32. P. 5943-5948.

[132] Optical implementation of the Hopfield model / N. H. Farhat, D. Psaltis, A. Prata et al. // Appl. Opt. 1985. Vol. 24, no. 10. P. 1469-1475.

[133] Holography in artificial neural networks / D. Psaltis, D. Brady, X.-G. Gu et al. // Nature. 1990. Vol. 343, no. 6256. P. 325-330.

[134] Yu F. T. II Optical Neural Networks: Architecture, Design and Models / Ed. by E. Wolf. Elsevier, 1993. Vol. 32 of Progress in Optics. P. 61-144.

[135] Javidi B., Li J., Tang Q. Optical implementation of neural networks for face recognition by the use of nonlinear joint transform correlators // Appl. Opt. 1995. Vol. 34, no. 20. P. 3950-3962.

[136] Jutamulia S., Yu F. T. S. Overview of hybrid optical neural networks // Optics & Laser Technology. 1996. Vol. 28, no. 2. P. 59-72. Hybrid optical image processing.

[137] Yeh S. L., Lo R. C., Shi C. Y. Optical implementation of the Hopfield neural network with matrix gratings // Appl. Opt. 2004. Vol. 43, no. 4. P. 858-865.

[138] Hybrid optical-electronic convolutional neural networks with optimized diffractive optics for image classification / J. Chang, V. Sitzmann, X. Dun et al. // Sci. Rep. 2018. Vol. 8. P. 12324.

[139] All-optical machine learning using diffractive deep neural networks / X. Lin, Y. Rivenson, N. T. Yardimci et al. // Science. 2018. Vol. 361. P. 1004-1008.

[140] Optical Reservoir Computing Using Multiple Light Scattering for Chaotic Systems Prediction / J. Dong, M. Rafayelyan, F. Krzakala et al. // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2020. Vol. 26, no. 1. P. 1-12.

[141] Portable 512 x 512 grayscale optical correlator / T. Chao, J. Hanan, H. Zhou et al. // SPIE Proc. 5816. 2005. P. 23-31.

[142] Watanabe E., Ikeda K., Kodate K. High-speed holographic correlation system by a timedivision recording method for copyright content management on the internet // SPIE Proc. 8498. 2012. P. 84980A.

[143] Mapelson D. Sequence alignment using optical correlation // Genome 10K and Genome Science 2017 Conference Abstracts. 2017. P. 49. URL: https://www.earlham.ac.uk/genome-10k-and-genome-science-conference.

[144] Optalysys. Project: EQUATE. https://optalysys.com/project-equate. 2021.

[145] Mazauric C., Raffin E., Vigouroux X. et al. ESCAPE. D3.3 Performance report and optimized implementation of Weather & Climate Dwarfs on GPU, MIC and Optalysys Optical Processor. arXiv:1908.06096. 2017.

[146] Van Bever J., McFaden A., Piotrowski Z. ESCAPE. D4.5 Report on energy-efficiency evaluation of several NWP model configurations. arXiv:1908.06115. 2018.

[147] Random projections through multiple optical scattering: Approximating Kernels at the speed of light / A. Saade, F. Caltagirone, I. Carron et al. // Proc. of ICASSP. 2016. P. 6215-6219.

[148] LightOn. Our Technology. https://lighton.ai/our-technology/. 2021.

[149] On-chip CMOS-compatible optical signal processor / L. Yang, R. Ji, L. Zhang et al. // Opt. Express. 2012. Jun. Vol. 20, no. 12. P. 13560-13565.

[150] Experimental realization of any discrete unitary operator / M. Reck, A. Zeilinger,

H. J. Bernstein et al. // Phys. Rev. Lett. 1994. Vol. 37, no. 1. P. 58-61.

[151] Miller D. Self-configuring universal linear optical component [Invited] // Photonics Res. 2013. Vol. 1, no. 1. P. 1-15.

[152] Optimal design for universal multiport interferometers / W. R. Clements, P. C. Humphreys, B. J. Metcalf et al. // Optica. 2016. Vol. 3, no. 12. P. 1460-1465.

[153] Reconfigurable lattice mesh designs for programmable photonic processors / D. Perez,

I. Gasulla, J. Capmany et al. // Opt. Express. 2016. Vol. 24, no. 11. P. 12093-12106.

[154] Design of optical neural networks with component imprecisions / M. Y.-S. Fang, S. Manipatruni, C. Wierzynski et al. // Opt. Express. 2019. May. Vol. 27, no. 10. P. 1400914029.

[155] Linear programmable nanophotonic processors / N. C. Harris, J. Carolan, D. Bunandar et al. // Optica. 2018. Vol. 5, no. 12. P. 1623-1631.

[156] XF IQ4 150MP Camera System. https://www.phaseone.com/en/Photography/ XF-Camera-System/Camera-Configurations. 2021.

[157] Samsung ISOCELL Slim GH1. Ultra-high resolution with tiny yet powerful pixels. https: //www.samsung.com/semiconductor/minisite/isocell. 2021.

[158] Phantom Ultrahigh-Speed Cameras. https://www.phantomhighspeed.com/products/ cameras/ultrahighspeed. 2021.

[159] Fienup J. Phase retrieval algorithms: a comparison // Appl. Opt. 1982. Vol. 21, no. 15. P. 2758-2769.

[160] Teague M. R. Deterministic phase retrieval: a Green's function solution //J. Opt. Soc. Am. 1983. Vol. 73, no. 11. P. 1434-1441.

[161] Two-step phase-shifting interferometry and its application in image encryption / X. F. Meng, L. Z. Cai, X. F. Xu et al. // Opt. Lett. 2006. May. Vol. 31, no. 10. P. 1414-1416.

[162] Chapter 3 - Quantitative Phase Imaging / M. Mir, B. Bhaduri, R. Wang et al. // Progress in Optics / Ed. by E. Wolf. Elsevier, 2012. Vol. 57. P. 133-217.

[163] Compressive Holography / D. J. Brady, K. Choi, D. L. Marks et al. // Opt. Express. 2009. Jul. Vol. 17, no. 15. P. 13040-13049.

[164] Wu Y., Ozcan A. Lensless digital holographic microscopy and its applications in biomedicine and environmental monitoring // Methods. 2018. Vol. 136. P. 4-16. Methods in Quantitative Phase Imaging in Life Science.

[165] Francis D., Tatam R. P., Groves R. M. Shearography technology and applications: a review // Measurement Science and Technology. 2010. aug. Vol. 21, no. 10. P. 102001.

[166] Rodenburg J. M., Maiden A. Ptychography / Ed. by P. Hawkes, J. Spence. Springer Handbook of Microscopy. 2019. P. 819-904.

[167] Fourier ptychography: current applications and future promises / P. C. Konda, L. Loetgering, K. C. Zhou et al. // Opt. Express. 2020. Vol. 28, no. 7. P. 9603-9630.

[168] Walden R. Analog-to-Digital Conversion in the Early Twenty-First Century // Wiley Encyclopedia of Computer Science and Engineering. 2008.

[169] Стандартные быстродействующие АЦП со скоростью >20 MSPS. https://www.analog. com/ru/parametricsearch/11814. 2019.

[170] Infiniium UXR-Series Oscilloscopes Up to 110 GHz of Real-Time High-Definition Bandwidth (datasheet). https://www.keysight.com. 2021.

[171] Ye J., (editors) S. C. Femtosecond Optical Frequency Comb: Principle, Operation, and Applications. Springer Norwell, MA, 2005.

[172] Hansch T. W. Passion for Precision (Nobel Lecture) // ChemPhysChem. 2006. Vol. 7, no. 6. P. 1170-1187.

[173] Semiconductor Saturable Absorber Mirrors (SESAM's) for Femtosecond to Nanosecond Pulse Generation in Solid-State Lasers / U. Keller, K. J. Weingarten, F. X. Kartner et al. // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 1996. Vol. 2, no. 3. P. 435-453.

[174] Keller U. Ultrafast solid-state laser oscillators: a success story for the last 20 years with no end in sight // Appl. Phys. B. 2010. Vol. 100, no. 1. P. 15-28.

[175] Крюков П.Г. Непрерывные фемтосекундные лазеры // УФН. 2013. Т. 183, № 9.

C. 897-916.

[176] Benedick A. J., Fujimoto J. G., Kartner F. X. Optical flywheels with attosecond jitter // Nat. Photonics. 2010. Vol. 6. P. 97-100.

[177] Sub-20-Attosecond Timing Jitter Mode-Locked Fiber Lasers / H. Kim, P. Qin, Y. Song et al. // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2014. Vol. 20, no. 5. P. 0901108.

[178] Kim J., Song Y. Ultralow-noise mode-locked fiber lasers and frequency combs: principles, status, and applications // Advances in Optics and Photonics. 2016. Vol. 8, no. 3. P. 465540.

[179] Long-term Hybrid Stabilization of the Carrier-Envelope Phase / J. Hirschman, R. Lemons, E. Chansky et al. // Opt. Express. 2020. Vol. 28, no. 23. P. 34093-34103.

[180] Photonic microwave signals with zeptosecond-level absolute timing noise / X. Xie, R. Bouchand, D. Nicolodi et al. // Nat. Photonics. 2017. Vol. 11, no. 1. P. 44-47.

[181] Valley G. C. Photonic analog-to-digital converters // Opt. Express. 2007. Vol. 15, no. 5. P. 1955-1982.

[182] Photonic ADC: overcoming the bottleneck of electronic jitter / A. Khilo, S. J. Spector, M. E. Grein et al. // Opt. Express. 2012. Vol. 20, no. 4. P. 4454-4469.

[183] Стариков Р.С. Фотонные АЦП // Успехи современной радиоэлектроники. 2015. С. 3-39.

[184] Demonstration of a Large Stretch-Ratio (M = 41) Photonic Analog-to-Digital Converter With 8 ENOB for an Input Signal Bandwidth of 10 GHz / W. Ng, T. D. Rockwood, G. A. Sefler et al. // IEEE Photon. Technol. Lett. 2012. Vol. 24, no. 14. P. 1185-1187.

[185] Photonic parametric sampled analog-to-digital conversion at 100 GHz and 6 ENOBs /

D. J. Esman, A. O. J. Wiberg, M.-H. Yang et al. // Proc. of ECOC. 2014. P. 1-3.

[186] Крюков П.Г. Фемтосекундные лазеры для астрофизики // УФН. 2015. Т. 185, № 8. С. 817-827.

[187] Ye J. Absolute measurement of a long, arbitrary distance to less than an optical fringe // Opt. Lett. 2004. Vol. 29, no. 10. P. 1153-1155.

[188] Kim S.-W. Combs rule // Nat. Photonics. 2009. Vol. 3, no. 6. P. 313-314.

[189] Drift-free femtosecond timing synchronization of remote optical and microwave sources / J. Kim, J. A. Cox, J. Chen et al. // Nat. Photonics. 2008. Vol. 2, no. 12. P. 733-736.

[190] Abramson N. Light-in-flight recording: high-speed holographic motion pictures of ultrafast phenomena // Appl. Opt. 1983. Vol. 22, no. 2. P. 215-232.

[191] Femtosecond light-in-flight holography / J. A. Valdmanis, J. V. Rudd, H. Chen et al. // SPIE Proc. 1539. 1992. P. 116-123.

[192] Hayasaki Y., Isaka M., Takita A. Pump-probe digital holography for observation of femtosecond laser induced phenomena // Proc. of CLEO. 2009. P. 1-2.

[193] All-optical coaxial framing photography using parallel coherence shutters / C. Guanghua, L. Jianfeng, P. Qixian et al. // Opt. Lett. 2017. Vol. 42, no. 3. P. 415-418.

[194] Synthetic wavelength interferometry of an optical frequency comb for absolute distance measurement / G. Wu, L. Liao, S. Xiong et al. // Sci. Rep. 2018. Vol. 8, no. 1. P. 4362.

[195] Multicascade-linked synthetic wavelength digital holography using an optical-comb-referenced frequency synthesizer / M. Yamagiwa, T. Minamikawa, C. Trovato et al. // Opt. Express. 2018. Vol. 26, no. 20. P. 26292-26306.

[196] Passive sensing around the corner using spatial coherence / M. Batarseh, S. Sukhov, Z. Shen et al. // Nat. Commun. 2018. Vol. 9, no. 1. P. 3629.

[197] Synthetic Wavelength Holography: An Extension of Gabor's Holographic Principle to Imaging with Scattered Wavefronts / F. Willomitzer, P. V. Rangarajan, F. Li et al. 2020. Vol. arXiv:1912.11438v1.

[198] Valley G. C., Sefler G. A., Shaw T. J. Compressive sensing of sparse radio frequency signals using optical mixing // Opt. Lett. 2012. Vol. 37, no. 22. P. 4675-4677.

[199] Brown B. R., Lohmann A. W. Complex Spatial Filtering with Binary Masks // Appl. Opt. 1966. Vol. 5, no. 6. P. 967-969.

[200] Bryngdahl O., Wyrowski F. Digital Holography — Computer-Generated Holograms. E. Wolf (eds), Progress in Opticss XXVIII. Elsevier Science Publishers B.V, 1990.

[201] Сойфер В.А. Методы компьютерной оптики. Физматлит, 2003.

[202] Сойфер В.А. Дифракционная компьютерная оптика. Физматлит, 2007.

[203] Moharam M. G., Gaylord T. K. Rigorous coupled-wave analysis of planar-grating diffraction // J. Opt. Soc. Am. 1981. Vol. 71, no. 7. P. 811-818.

[204] Yaroslavsky L. Introduction to Digital Holography. Bentham E-book series, 2009.

[205] Andregg W., Andregg M., Weverka R. et al. Wavelength multiplexed matrix-matrix multiplier. 2016. US Patent US-10274989-B2. URL: https://app.dimensions.ai/details/patent/US-10274989-B2.

[206] Vienot J., Duvernoy J., Tribillon G. Problemes du traitement optique de l'information: (Considerations sur des systemes mettant en oeuvre les hologrammes et les concepts de bandes spectrales et de ressemblance des formes) // Nouvelle Revue d'Optique Appliquee. 1971. Vol. 2, no. 5. P. 269-278.

[207] Метод проекционной мультиплексной записи компьютерно-синтезированных одномерных голограмм Фурье для систем голографической памяти: математическое и экспериментальное моделирование / Е.Ю. Злоказов, А.Ю. Бетин, В.И. Бобринев [и др.] // Квантовая электроника. 2015. Т. 45, № 8. С. 771-775.

[208] Design and fabrication of optical devices based on new polyfunctional photo-thermo-refractive glasses / N. Nikonorov, V. Aseev, V. Dubrovin et al. // Proc. of PHOTOPTICS. 2016. P. 1-8.

[209] Mezrich R. S. Magnetic Holography // Appl. Opt. 1970. Vol. 9, no. 10. P. 2275-2279.

[210] Nakamura Y. Magnetic Holography and Its Application to Data Storage // Photonics. 2021. Vol. 8, no. 6. P. 187.

[211] Almeida E., Bitton O., Prior Y. Nonlinear metamaterials for holography // Nat. Commun. 2016. Vol. 7, no. 1. P. 12533.

[212] Huang L., Zhang S., Zentgraf T. Metasurface holography: from fundamentals to applications // Nanophotonics. 2018. Vol. 7, no. 6. P. 1169-1190.

[213] Armitage D., Underwood I., Wu S. Introduction to Microdisplays. John Wiley & Sons Ltd, 2006.

[214] Labrunie G., Robert J. Transient behavior of the electrically controlled birefringence in a nematic liquid crystal // J. Appl. Phys. 1973. Vol. 44, no. 11. P. 4869-4874.

[215] Zhang Z., You Z., Chu D. Fundamentals of phase-only liquid crystal on silicon (LCOS) devices // Light Sci. Appl. 2014. Vol. 3. P. e213.

[216] LCoS SLM Study and Its Application in Wavelength Selective Switch / M. Wang, L. Zong, L. Mao et al. // Photonics. 2017. Vol. 4, no. 2. P. 22.

[217] Bos P., Koehler/beran K. R. The pi-Cell: A Fast Liquid-Crystal Optical-Switching Device // Mol. Cryst. Liq. Cryst. 1984. Vol. 113, no. 1. P. 329-339.

[218] Clark N. A., Lagerwall S. T. Submicrosecond bistable electro-optic switching in liquid crystals // Appl. Phys. Lett. 1980. Vol. 36, no. 11. P. 899-901.

[219] Optical response of helix-free FLC: Continuous gray scale, fastest response, and lowest control voltage / A. L. Andreev, T. B. Andreeva, I. N. Kompanets et al. //J. Soc. Inf. Disp. 2014. Vol. 22, no. 2. P. 115-121.

[220] de Bougrenet de la Tocnaye J., Dupont L. Complex amplitude modulation by use of liquid-crystal spatial light modulators // Appl. Opt. 1997. Vol. 36, no. 8. P. 1730-1741.

[221] Optical correlator with fully complex liquid crystal filter / P. M. Birch, R. Young, D. M. Budgett et al. // SPIE Proc. 4089. 2000. P. 393-398.

[222] Borshch V., Shiyanovskii S. V., Lavrentovich O. D. Nanosecond Electro-Optic Switching of a Liquid Crystal // Phys. Rev. Lett. 2013. Vol. 111. P. 107802.

[223] Lakatos A. I., Bergen R. F. TV projection display using an amorphous-se-type Ruticon light valve // IEEE Trans. Electron Devices. 1977. Vol. 24. P. 930-934.

[224] Hornbeck L. J. Deformable-Mirror Spatial Light Modulators // SPIE Proc. 1150. 1990. P. 86-102.

[225] Knipe R. L. Challenges of a Digital Micromirror Device: modeling and design // SPIE Proc. 2783. 1996.

[226] Solgaard O. Photonic Microsystems: Micro and Nanotechnology Applied to Optical Devices and Systems. MEMS Reference Shelf. Springer, Boston, MA, 2009.

[227] Bloom D. M. Grating light valves for high resolution displays // Proc. of IEDM. 1994.

[228] Murthy S., Anish S. V., Sundaravadivelu S. Overview and applications of Grating Light Valve™ based image acquisition and projection display system // 2015 International Conference on Signal Processing and Communication Engineering Systems. 2015. P. 296300.

[229] Sony liquid crystal microdisplays. https://www.sony-semicon.co.jp/e/products/ microdisplay/lcd/. 2019.

[230] Compound Photonics 4K. http://www.compoundphotonics.com/products/4k-display/. 2019.

[231] Himax HX7318. https://www.himax.com.tw/products/microdisplay-products/. 2019.

[232] JVC D-ILA® Projector Panel Technology. http://pro.jvc.com/pro/pr/2007/ehexpo/ dila_wpaper.pdf. 2020.

[233] Holoeye GAEA-2. https://holoeye.com/spatial-light-modulators/. 2021.

[234] Hamamatsu X13138. https://www.hamamatsu.com/eu/en/product/ optical-components/lcos-slm/lcos-slm/index.html. 2019.

[235] OmniVision 0P02220. https://www.ovt.com/sensors/0P02220. 2019.

[236] RAONTECH Microdisplay Products. http://www.raon-tech.com/microdisplay/ products.php. 2021.

[237] Santec SLM-200. https://www.santec.com/en/products/components/slm/slm-200/. 2021.

[238] Syndiant SYL2341. https://www.syndiant.com/storage/pdf/SYL2341_ProductBrief. pdf. 2019.

[239] Meadowlark Optics HSP1920. https://www.meadowlark.com/ 1920-1152-spatial-light-modulator-p-119?mid=18. 2020.

[240] Jasper Display JD4704. https://www.jasperdisplay.com/products/lcos-panel/ jd4704-4k2k/. 2020.

[241] ForthDD QXGA. https://www.forthdd.com/products/. 2021.

[242] Miyota (Citizen) Developement Center of America UXGA. https://www.miyotadca.com/ mdca_product/uxga/. 2019.

[243] Texas Instruments DLP products. https://www.ti.com/dlp-chip/ advanced-light-control/high-speed-visible/products.html. 2021.

[244] Fraunhofer IPMS Spatial Light Modulators. https://www.ipms.fraunhofer.de/en/ Components-and-Systems/Components-and-Systems-Actuators/Optical-Actuators/ spatial-light-modulators.html. 2021.

[245] Silicon Light Machines G8192. http://www.siliconlight.com/wp-content/uploads/ 2011/03/G8192.pdf. 2021.

[246] Rickenstorff C., Ostrovsky A. S. Measurement of the amplitude and phase modulation of a liquid crystal spatial light modulator // Superficies y Vacio. 2010. Vol. 23, no. S. P. 36-39.

[247] Влияние дополнительной фазовой модуляции амплитудных жидкокристаллических ПВМС на характеристики распознавания изображений в инвариантном оптико-цифровом корреляторе / Д.С. Гончаров, Н.Н. Евтихиев, В.В. Краснов [и др.] // Компьютерная Оптика. 2019. Т. 43, № 2. С. 200-208.

[248] Implementation Features of Invariant Optical Correlator Based on Amplitude LC SLM / E. Y. Zlokazov, D. S. Goncharov, R. S. Starikov et al. // Opt. Mem. Neural Netw. (Inf. Opt.). 2020. Vol. 29, no. 2. P. 110-117.

[249] Высокоскоростная оперативная реализация голографических и дифракционных элементов с применением микрозеркальных пространственно-временных модуляторов света / Н.Н. Евтихиев, Е.Ю. Злоказов, В.В. Краснов [и др.] // Квантовая электроника. 2020. Т. 50, № 7. С. 667-674.

[250] Lensless Vanderlugt optical correlator using two phase-only spatial light modulators / N. Fukuchi, T. Inoue, H. Toyoda et al. // Chinese Optics Letters. 2009. Vol. 7, no. 12. P. 1131-1133.

[251] Compact optical correlator based on one phase-only spatial light modulator / X. Zeng, J. Bai, C. Hou et al. // Opt. Lett. 2011. Vol. 36, no. 8. P. 1383-1385.

[252] Lensless scheme of a holographic wavefront sensor / G. K. Krasin, N. G. Stsepuro, E. Y. Zlokazov et al. // Proc. of ICLO. IEEE, 2020.

[253] Phase-only modulation with a twisted nematic liquid crystal display by means of equi-azimuth polarization states / V. Duran, J. Lancis, E. Tajahuerce et al. // Opt. Express. 2006. Vol. 14, no. 12. P. 5607-5616.

[254] Jang J., Shin D. Optical representation of binary data based on both intensity and phase modulation with a twisted-nematic liquid-crystal display for holographic digital data storage // Opt. Lett. 2001. Vol. 26, no. 2. P. 1797-1799.

[255] Amplitude, phase, and hybrid ternary modulation modes of a twisted-nematic liquid-crystal display at ~400 nm / J. Remenyi, P. Varhegyi, L. Domjan et al. // Appl. Opt. 2003. Vol. 42, no. 17. P. 3428-3434.

[256] Complex phase/amplitude spatial light modulator advances and use in a multispectral optical correlator / K. A. Bauchert, S. A. Serati, G. D. Sharp et al. // SPIE Proc. 3073. 1997. P. 170-177.

[257] Two-pixel computer-generated hologram with a zero-twist nematic liquid-crystal spatial light modulator / P. M. Birch, R. Young, D. Budgett et al. // Opt. Lett. 2000. Vol. 25, no. 14. P. 1013-1015.

[258] Horner J. L., Gianino P. D. Phase-only matched filtering // Appl. Opt. 1984. Vol. 23, no. 6. P. 812-816.

[259] Gianino P. D., Horner J. L. Additional Properties Of The Phase-Only Correlation Filter // Opt. Eng. 1984. Vol. 23, no. 6. P. 695-697.

[260] Brown B. R., Lohmann A. W. Computer-generated Binary Holograms // IBM Journal of Research and Development. 1969. Vol. 13, no. 2. P. 160-168.

[261] Lohmann A. W., Paris D. P. Binary Fraunhofer Holograms, Generated by Computer // Appl. Opt. 1967. Vol. 6, no. 10. P. 1739-1748.

[262] Juday R. D., Florence J. M. Full-complex modulation with two one-parameter SLMs // SPIE Proc. 1558. 1991. P. 499-504.

[263] Gregory D. A., Kirsch J. C., Tam E. C. Full complex modulation using liquid-crystal televisions // Appl. Opt. 1992. Vol. 31, no. 2. P. 163-165.

[264] Characteristics of complex light modulation through an amplitude-phase double-layer spatial light modulator / S. Park, J. Roh, S. Kim et al. // Opt. Express. 2017. Vol. 25, no. 4. P. 3469-3480.

[265] Haussler R., Leister N., Stolle H. Large holographic 3D display for real-time computergenerated holography // Proc. of SPIE 10335. 2017. P. 103350X.

[266] Jang J., Shin D. Monocular 3D see-through head-mounted display via complex amplitude modulation // Opt. Express. 2016. Vol. 24, no. 15. P. 17372-17383.

[267] Zhu L., Wang J. Arbitrary manipulation of spatial amplitude and phase using phase-only spatial light modulators // Sci. Rep. 2014. Vol. 4. P. 7441.

[268] Complex Fresnel hologram display using a single SLM / J. Liu, W. Hsieh, T. Poon et al. // Appl. Opt. 2011. Vol. 50, no. 34. P. H128-H135.

[269] High resolution real-time complex modulation using single spatial light modulator / J. Cai, X. Shen, C. Fan et al. // Laser Phys. Lett. 2019. Vol. 16, no. 6. P. 066201.

[270] Reichelt S., Leister N. Computational hologram synthesis and representation on spatial light modulators for real-time 3D holographic imaging // Journal of Physics: Conference Series. Volume 415. 2012. P. 103350X.

[271] Злоказов Е.Ю. Методы и алгоритмы компьютерного синтеза голограммных элементов для получения комплексного импульсного отклика оптических систем обработки информации на основе современных пространственных модуляторов света // Квантовая электроника. 2020. Т. 50, № 7. С. 643-652.

[272] Gentet Y., Gentet P. CHIMERA, a new holoprinter technology combining low-power continuous lasers and fast printing // Appl. Opt. 2019. Vol. 58, no. 34. P. G226-G230.

[273] Abookasis D., Rosen J. Three types of computer-generated hologram synthesized from multiple angular viewpoints of a three-dimensional scene // Appl. Opt. 2006. Sep. Vol. 45, no. 25. P. 6533-6538.

[274] Lucente M. Interactive computation of holograms using a look-up table // J. Electron. Imaging. 1993. Vol. 2, no. 1. P. 28-34.

[275] Kim S., Kim E. Effective generation of digital holograms of three-dimensional objects using a novel look-up table method // Appl. Opt. 2008. Vol. 47, no. 19. P. D55-D62.

[276] Leith E. N., Upatnieks J. Wavefront Reconstruction with Continuous-Tone Objects //J. Opt. Soc. Am. 1963. Vol. 53, no. 12. P. 1377-1381.

[277] Zlokazov E. Y. Transparency function presentation of computer generated Fourier holograms for complex data page restoration // Jpn. J. Appl. Phys. 2019. Vol. 58, no. SKKD04. P. 1-6.

[278] Laude V., Refregier P. Multicriteria characterization of coding domains with optimal Fourier spatial light modulator filters // Appl. Opt. 1994. Vol. 33, no. 20. P. 4465-4471.

[279] Variants of light modulation for MINACE filter implementation in 4-F correlators / D. Shaulskiy, N. Evtikhiev, E. Zlokazov et al. // Proc. of SPIE 9598. 2015.

[280] Gerchberg R. W., Saxton W. O. A Practical Algorithm for the Determination of Phase from Image and Diffraction Plane Pictures // Optik. 1972. Vol. 35, no. 2. P. 237-246.

[281] Gerchberg-Saxton and Yang-Gu algorithms for phase retrieval in a nonunitary transform system: a comparison / G.Yang, B. Dong, B. Gu et al. // Appl. Opt. 1994. Vol. 33, no. 2. P. 209-218.

[282] Dorsch R. G., Lohmann A. W., Sinzinger S. Fresnel ping-pong algorithm for two-plane computer-generated hologram display // Appl. Opt. 1994. Vol. 33, no. 5. P. 869-875.

[283] Zalevsky Z., Mendlovic D., Dorsch R. G. Gerchberg-Saxton algorithm applied in the fractional Fourier or the Fresnel domain // Opt. Lett. 1996. Vol. 21, no. 12. P. 842-844.

[284] Hwang H., Chang H. T., Lie W. Multiple-image encryption and multiplexing using a modified Gerchberg-Saxton algorithm and phase modulation in Fresnel-transform domain // Opt. Lett. 2009. Vol. 34, no. 24. P. 3917-3919.

[285] Краснов В. В., Стариков Р. С. Амплитудные ДОЭ без несущей пространственной частоты для работы в расходящихся пучках // Тезисы HOLOEXPO 2020. 2020. С. 193-197.

[286] Lee W. H. Sampled Fourier Transform Hologram Generated by Computer // Appl. Opt. 1970. Vol. 9, no. 3. P. 639-643.

[287] Burckhardt C. B. A Simplification of Lee's Method of Generating Holograms by Computer // Appl. Opt. 1970. Vol. 9, no. 8. P. 1949.

[288] Hsueh C. K., Sawchuk A. A. Computer-generated double-phase holograms // Appl. Opt. 1978. Vol. 17, no. 24. P. 3874-3883.

[289] Florence J. M., Juday R. D. Full-complex spatial filtering with a phase mostly DMD // SPIE Proc. 1558. 1991. P. 487-498.

[290] Arrizon V., Sanchez-de-la-Llave D. Double-phase holograms implemented with phase-only spatial light modulators: performance evaluation and improvement // Appl. Opt. 2002. Vol. 41, no. 17. P. 3436-3447.

[291] Xun X., Cohn R. W. Phase calibration of spatially nonuniform spatial light modulators // Appl. Opt. 2004. Vol. 43, no. 35. P. 6400-6406.

[292] Calibration of spatial light modulators suffering from spatially varying phase response / D.Engstrom, M. Persson, J. Bengtsson et al. // Opt. Express. 2013. Vol. 21, no. 13. P. 16086-16103.

[293] Reduction of phase temporal fluctuations caused by digital voltage addressing in LC SLM "HoloEye PLUTO VIS" for holographic applications / P. Cheremkhin, N. Evtikhiev, V. Krasnov et al. // SPIE Proc. 9006. 2014. P. 900615.

[294] Qi Y., Chang C., Xia J. Speckleless holographic display by complex modulation based on double-phase method // Opt. Express. 2016. Vol. 24, no. 26. P. 30368-30378.

[295] Fully complex optical modulation with an analogue ferroelectric liquid crystal spatial light modulator / P. M. Birch, R. Young, C. Chatwin et al. // Opt. Commun. 2000. Vol. 175. P. 347-352.

[296] Dynamic complex wave-front modulation with an analog spatial light modulator / P. M. Birch, R. Young, D. Budgett et al. // Opt. Lett. 2001. Vol. 26, no. 12. P. 920922.

[297] Van Putten E. G., Vellekoop I. M., Mosk A. P. Spatial amplitude and phase modulation using commercial twisted nematic LCDs // Appl. Opt. 2008. Vol. 47, no. 12. P. 2076-2081.

[298] Cheremkhin P. A., Kurbatova E. A. Comparative appraisal of global and local thresholding methods for binarisation of off-axis digital holograms // Opt. Lasers Eng. 2019. Vol. 115. P. 119-130.

[299] Invariant correlation filter with linear phase coefficient holographic realization in 4-F correlator / N. Evtikhiev, E. Zlokazov., S. Starikov et al. // Opt. Eng. 2011. Vol. 50, no. 6. P. 065803.

[300] MINACE filter: Variants of realization in 4-f correlator / D. Shaulskiy, E. Zlokazov, N. Evtikhiev et al. // Proc. of SPIE 9094. 2014.

[301] Ikeda K., Suzuki H., Watanabe E. A novel coding method for holographic optical correlator using convolutional neural network // ISOM'16 Technical Digest. 2016. P. We-L-04.

[302] Goi H., Komuro K., Nomura T. Deep-learning-based binary hologram // Appl. Opt. 2020. Vol. 59, no. 23. P. 7103-7108.

[303] Реализация инвариантных голографических фильтров с линейным фазовым коэффициентом в схеме коррелятора Вандер Люгта / Н.Н. Евтихиев, Е.Ю. Злоказов, С.Н. Стариков [и др.] // Квантовая Электроника. 2008. Т. 38, № 2. С. 191-193.

[304] LPCC filter realization in 4-F correlator of images with application of purely amplitude binary spatial modulation / N. N. Evtikhiev, E. Y. Zlokazov, S. N. Starikov et al. // Opt. Mem. Neural Netw. (Inf. Opt.). 2009. Vol. 18, no. 3. P. 141-150.

[305] Goorden S. A., Bertolotti J., Mosk A. P. Superpixel-based spatial amplitude and phase modulation using a digital micromirror device // Opt. Express. 2014. Vol. 22, no. 15. P. 17999-18009.

[306] Денисюк Ю. Н. Об отображении оптических свойств объекта в волновом поле рассеянного им излучения // Докл. АН СССР. 1962. Т. 144, № 6. С. 1275-1278.

[307] Slinger C., Cameron C., Stanley M. Computer-generated holography as a generic display technology // Computer. 2005. Vol. 38, no. 8. P. 46-53.

[308] Study of a holographic TV system based on multi-view images and depth maps / T. Senoh, Y. Ichihashi, R. Oi et al. // SPIE Proc. 8644. 2013. P. 54-68.

[309] Large real-time holographic 3D displays: enabling components and results / R. Haussler, Y. Gritsai, E. Zschau et al. // Appl. Opt. 2017. Vol. 56, no. 13. P. F45-F52.

[310] Compact design for optical-see-through holographic displays employing holographic optical elements / P. Zhou, Y. Li, S. Liu et al. // Opt. Express. 2018. Vol. 26, no. 18. P. 22866-22876.

[311] Di Leonardo R., Ianni F., Ruocco G. Computer generation of optimal holograms for optical trap arrays // Opt. Express. 2007. Vol. 15, no. 4. P. 1913-1922.

[312] Single-Atom Trapping in Holographic 2D Arrays of Microtraps with Arbitrary Geometries / F. Nogrette, H. Labuhn, S. Ravets et al. // Phys. Rev. X. 2014. May. Vol. 4. P. 021034.

[313] Simultaneous two-photon imaging and two-photon optogenetics of cortical circuits in three dimensions / W. Yang, L. Carrillo-Reid, Y. Bando et al. // eLife. 2018. 02. Vol. 7. P. e32671.

[314] Anderson K., Curtis K. Polytopic multiplexing // Opt. Lett. 2004. Vol. 29, no. 12. P. 14021404.

[315] Monocular Architecture / A. Hoskins, B. Ihas, K. Anderson et al. // Jpn. J. Appl. Phys. 2008. Vol. 47, no. 7. P. 5912-5914.

[316] Метод компьютерного синтеза и проекционной записи микроголограмм для систем го-лографической памяти: математическое моделирование и экспериментальная реализация / Е.Ю. Злоказов, А.Ю. Бетин, В.И. Бобринёв [и др.] // Квантовая электроника. 2013. Т. 43, № 1. С. 87-89.

[317] Space-inhomogeneous phase modulation of laser radiation in an electro-optical ferroelectric liquid crystal cell for suppressing speckle noise / A. L. Andreev, T. B. Andreeva, I. N. Kompanets et al. // Appl. Opt. 2018. Feb. Vol. 57, no. 6. P. 1331-1337.

[318] Lensless zoomable holographic projection using scaled Fresnel diffraction / T. Shimobaba, M. Makowski, T. Kakue et al. // Opt. Express. 2013. Vol. 21, no. 21. P. 25285-25290.

[319] Zlokazov E., Cheremkhin P., Krasnov V. Zero order correction of shift-multiplexed computer generated Fourier holograms recorded in incoherent projection scheme // KnE Energy. VII International Conference on Photonics and Information Optics (PhIO). 2018. no. 3. P. 542-548.

[320] Computer-generated Fourier hologram in optical devices of visual observation / E. Y. Zlokazov, A. Betin, S. Donchenko et al. // Proc. of ISDH. 2015. P. 196-197.

[321] A combination of computer-generated Fourier holograms and light guide substrate with diffractive optical elements for optical display and sighting system / S. Odinokov, E. Zlokazov, A. Solomashenko et al. // Proc. of DH. OSA, 2015. P. DW2A.20.

[322] A combination of computer generated Fresnel holograms and light guide substrate with diffractive optical elements for optical display and sighting system / M. S. Kovalev, S. B. Odinokov, E. Y. Zlokazov et al. // SPIE Proc. 10818. 2018. P. 418-424.

[323] Burckhardt C. B. Use of a Random Phase Mask for the Recording of Fourier Transform Holograms of Data Masks // Appl. Opt. 1970. Vol. 9, no. 3. P. 695-700.

[324] Takeda Y., Oshida Y., Miyamura Y. Random Phase Shifters for Fourier Transformed Holograms // Appl. Opt. 1972. Vol. 11, no. 4. P. 818-822.

[325] Gao Q., Kostuk R. Improvement to holographic digital data-storage systems with random and pseudorandom phase masks // Appl. Opt. 1997. Vol. 36, no. 20. P. 4853-4861.

[326] Specificities of data page representation in projection type optical holographic memory system / N. N. Evtikhiev, E. Y. Zlokazov, R. S. Starikov et al. // Opt. Mem. Neural Netw. (Inf. Opt.). 2015. Vol. 24, no. 4. P. 272-278.

[327] King B. M., Burr G. W., Neifeld M. A. Experimental demonstration of gray-scale sparse modulation codes in volume holographic storage // Appl. Opt. 2003. Vol. 42, no. 14. P. 2546-2559.

[328] Berger G., Dietz M., Denz C. Hybrid multinary modulation codes for page-oriented holographic datastorage // J. Opt. A-Pure Appl. Op. 2008. Vol. 10, no. 11. P. 115305-10.

[329] Symbol Error Characteristics of Hybrid-Modulated Holographic Data Storage by Intensity and Multi Phase Modulation / M. Takabayashi, A. Okamoto, A. Tomita et al. // Jpn. J. Appl. Phys. 2011. Vol. 50, no. 9. P. 09ME05.

[330] Honma S., Sekiguchi T. Multilevel phase and amplitude modulation method for holographic memories with programmable phase modulator // Opt. Rev. 2014. Vol. 21, no. 5. P. 597-598.

[331] Novel phase detection method for a holographic data storage system using two interferograms / M. He, L. Cao, Q. Tan et al. // J. Opt. A-Pure Appl. Op. 2009. Vol. 11, no. 6. P. 3561-3571.

[332] Holographic diversity interferometry for optical storage / A. Okamoto, K. Kunori, M. Takabayashi et al. // Opt. Express. 2011. Vol. 19, no. 14. P. 13436-13444.

[333] Transport-of-intensity holographic data storage based on a computer-generated hologram / N. Yoneda, Y. Saita, K. Komuro et al. // Appl. Opt. 2018. Vol. 57, no. 30. P. 8836-8840.

[334] Bunsen M., Tateyama S. Detection method for the complex amplitude of a signal beam with intensity and phase modulation using the transport of intensity equation for holographic data storage // Opt. Express. 2019. Vol. 27, no. 7. P. 24029.

[335] Method of Phase and Amplitude Modulation/Demodulation Using Datapages with Embedded Phase-Shift for Holographic Data Storage / M. Bunsen, S. Umetsu, M. Takabayashi et al. // Jpn. J. Appl. Phys. 2013. Vol. 52, no. 9S2. P. 09LD04.

[336] Curtis K., Pu A., Psaltis D. Method for holographic storage using peristrophic multiplexing // Opt. Lett. 2004. Vol. 19, no. 13. P. 993-994.

[337] Common-path angular-multiplexing holographic data storage based on computer-generated holography / N. Yoneda, T. Nobukawa, T. Morimoto et al. // Opt. Lett. 2021. Vol. 46, no. 12. P. 2920-2923.

[338] Optical memory system based on incoherent recorder and coherent reader of multiplexed computer generated one-dimensional Fourier transform hologram / S. Odinokov, E. Zlokazov, S. Donchenko et al. // Jpn. J. Appl. Phys. 2017. Vol. 56, no. 9. P. 09NA02.

[339] RU123184U1 Устройство Записи Мультиплексных Голограмм в Системе Оптико-Голографической Памяти / С.Б. Одиноков, Е.Ю. Злоказов, Н.Н. Евтихиев [и др.]. 2012.

[340] RU162199U1 Устройство записи мультиплексных компьютерно-синтезированных микроголограмм Фурье в системе оптико-голографической памяти / С.Б. Одиноков, Е.Ю. Злоказов, А.Ю. Бетин [и др.]. 2015.

[341] Development of projection-type optical scheme for computer-generated Fourier hologram recorder / E. Zlokazov, S. Odinokov, N. Verenikina et al. // Chin. Opt. Lett. 2017. Vol. 15, no. 4. P. 040903.

[342] RU167474U1 Устройство считывания мультиплексных одномерных компьютерно-синтезированных голограмм Фурье в системе оптико-голографической памяти / С.Б. Одиноков, Е.Ю. Злоказов, А.Ю. Бетин [и др.]. 2016.

[343] Донченко С.С. Методы синтеза и записи голограмм Фурье в голографических запоминающих устройствах архивного хранения цифровой информации: диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Ph.D. thesis. 2018.

[344] Algorithms used for read-out optical system pointing to multiplexed computer generated 1D-Fourier holograms and decoding the encrypted information / S. Donchenko, E. Zlokazov, S. Odinokov et al. // Proc. of SPIE 10233. 2017.

[345] Barry J., Lee E., Messerschmitt D. Digital Communication: third Edition. Springer, 2004.

[346] Goldsmith A. Wireless Communications. Stanford University, 2004.

[347] Goldberg E. Statistical Machine. US Patent No. US1838389. 1931.

[348] Bragg L. Lightning calculations with light // Nature. 1944. Vol. 154. P. 69-72.

[349] McLachlan D. The Role of Optics in Applying Correlation Functions to Pattern Recognition // J. Opt. Soc. Am. 1962. Vol. 52, no. 4. P. 454-459.

[350] Lohmann A. W., Werlich H. W. Incoherent Matched Filtering with Fourier Holograms // Appl. Opt. 1971. Vol. 10, no. 3. P. 670-672.

[351] Recognition of objects radiating with broad spectrum in dispersive holographic correlator / P. A. Cheremkhin, V. V. Krasnov, D. Y. Molodtsov et al. // Opt. Commun. 2018. Vol. 421. P. 73-78.

[352] Convergent optical correlator alignment based on frequency filtering / J. Nicolas, J. Campos, C. Iemmi et al. // Appl. Opt. 2002. Vol. 41, no. 8. P. 1505-1514.

[353] New N. Reconfigurabe optical procesing system. US Patent No. US9594394B2. 2013.

[354] Planar optical correlators integrated with binary optical lens / P. Xu, C. Hong, G. Cheng et al. // Opt. Express. 2015. Vol. 23, no. 5. P. 6774-6779.

[355] Ikeda K., Watanabe E. High-speed optical correlator with coaxial holographic system // Jpn. J. Appl. Phys. 2015. Vol. 54. P. 09ME02.

[356] Jridi M., Napoleon T., Alfalou A. One lens optical correlation: application to face recognition // Appl. Opt. 2018. Vol. 57, no. 9. P. 2087-2095.

[357] Chao T., Lu T. T. High-speed Optical Correlator with Custom Electronics Interface Design // SPIE Proc. 8748. 2013. P. 874803.

[358] Optical character recognition (OCR) in uncontrolled environments using optical correlators / A. Morin, A. Bergeron, D. Prevost et al. // SPIE Proc. 3715. 1999. P. 346-356.

[359] Bergeron A. Optical correlator for industrial applications, quality control and target tracking // Sens. Rev. 2000. Vol. 20, no. 4. P. 316-321.

[360] Blanchard N., Prevost D., Sheng Y. Optical correlator for textile web defect detection // SPIE Proc. 4043. 2000. P. 280-290.

[361] Bergeron A., Bourqui P., Harnisch B. Lightweight compact optical correlator for spacecraft docking // SPIE Proc. 6739. 2007. P. 67390E.

[362] Watanabe E., Kodate K. Implementation of a high-speed face recognition system that uses an optical parallel correlator // Appl. Opt. 2005. Vol. 44, no. 5. P. 666-676.

[363] Yu F., Lu X. A real-time programmable joint transform correlator // Opt. Commun. 1984. Vol. 52, no. 1. P. 10-16.

[364] On-board optical joint transform correlator for real-time road sign recognition / L. Guibert,

G. Keryer, A. Servel et al. // Opt. Eng. 1995. Vol. 34, no. 1. P. 135-143.

[365] Lohmann A. W., Mendlovic D. Fractional joint transform correlator // Appl. Opt. 1997. Vol. 36, no. 29. P. 7402-7407.

[366] Rosen J. Three-dimensional joint transform correlator // Appl. Opt. 1998. Vol. 37, no. 32. P. 7538-7544.

[367] Application of JTC in recognition and real-time tracking of moving targets / Y. Chen,

H. Miao, W. Wang et al. // SPIE Proc. 6837. 2007. P. 683708.

[368] Optical Correlator for Star Identification and Tracking / J. Hui, Y. Jiankun, L. Xiujian et al. // Optical SuperComputing. OSC 2009. Springer, 2009. P. 145-153.

[369] Assessing the performance of a motion tracking system based on optical joint transform correlation / M. Elbouz, A. Alfalou, C. Brosseau et al. // Opt. Commun. 2015. Vol. 349. P. 65-82.

[370] Javidi B., Horner J. L. Single spatial light modulator joint transform correlator // Appl. Opt. 1989. Vol. 28, no. 5. P. 1027-1032.

[371] Hahn Jr. W. B., Flannery D. L. Design elements of binary joint transform correlation and selected optimization techniques // Opt. Eng. 1992. Vol. 31, no. 5. P. 896-905.

[372] Javidi B. Nonlinear joint power spectrum based optical correlation // Appl. Opt. 1989. Vol. 28, no. 12. P. 2358-2367.

[373] Yaroslavsky L. P., Marom E. Nonlinearity optimization in nonlinear joint transform correlators // Appl. Opt. 1997. Vol. 36, no. 20. P. 4816-4822.

[374] Cheng C., Tu H. Implementation of a Nonzero-order Joint Transform Correlator Using Interferometric Technique // Optical Review. 2002. Vol. 9. P. 193-196.

[375] Distortion Invariant Object Recognition Based on Mach-Zehnder Joint Transform Correlation in YIQ Colour Space / C. Chen, K. Gu, J. Fang et al. // Advances in Image and Video Processing. 2019. Vol. 7, no. 1. P. 13-18.

[376] New N., Lowe A., Wilkinson T. Optical correlator. US Patent No. US7747102. 2005.

[377] Zea A. V., Barrera Ramirez J. F., Torroba R. Experimental optical encryption of grayscale information // Appl. Opt. 2016. Vol. 56, no. 21. P. 5883-5889.

[378] Joint-transform Correlator Multiple-image Encryption System Based on Quick-response Code Key / Q. Chen, X. Shen, Y. Cheng et al. // Current Optics and Photonics. 2019. Vol. 3, no. 4. P. 320-328.

[379] Compact parallel joint transform correlator for facial recognition / R. Inaba, N. Kawakami, K. Oguma et al. // SPIE Proc. 4089. 2000. P. 384-392.

[380] Kobayashi Y., Toyoda H. Development of an optical joint transform correlation system for fingerprint recognition // Opt. Eng. 1999. Vol. 38, no. 7. P. 1205-1210.

[381] Wilkinson T., Kapsalis V. The binary phase-only 1/f joint transform correlator // Ferroelectric. 1998. Vol. 213. P. 241-247.

[382] Turan J., Ovsenik L., Harasthy T. Traffic Sign Recognition System based on Cambridge Correlator Image Comparator // Carpathian Journal of Electronic and Computer Engineering. 2012. Vol. 5. P. 127-132.

[383] Biometric Image Recognition Based on Optical Correlator / D. Solus, L. Ovsenik, J. Turan et al. // Advances in Electrical and Electronic Engineering. 2017. Vol. 15, no. 2. P. 343-351.

[384] Solus D., Ovsenik L., Turan J. Video-surveillance System for Industrial Images based on Cambridge Optical Correlator // Carpathian Journal of Electronic and Computer Engineering. 2017. Vol. 10, no. 2. P. 29-32.

[385] Casasent D., Psaltis D. Position, rotation, and scale invariant optical correlation // Appl. Opt. 1976. Vol. 15, no. 7. P. 1795-1799.

[386] Mendlovic D., Marom E., Konforti N. Shift and scale invariant pattern recognition using Mellin Radial Harmonics // Opt. Commun. 1988. Vol. 67, no. 3. P. 172-176.

[387] Rosen J., Shamir J. Scale-invariant pattern recognition with logarithmic radial harmonic filters // Appl. Opt. 1989. Vol. 28, no. 2. P. 240-244.

[388] Leclerc L., Sheng Y., Arsenault H. H. Circular harmonic covariance filters for rotation invariant object recognition and discrimination // Opt. Commun. 1991. Vol. 85. P. 299-305.

[389] Real filter based on Mellin radial harmonics for scale-invariant pattern recognition / E. Tajahuerce, A. Moya, J. Garcia et al. // Appl. Opt. 1994. Vol. 33, no. 14. P. 3086-3093.