Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2023, № 12 · RADIO ELECTRONICS RELATED PROBLEMS

The principle of signal conversion in photonic telecommunication devices using volumetric Fourier holograms

A.G. Prygunov1

1 Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russia
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2023.12.12 UDC 535.4(076.5) EDN KBMKXA

Abstract

The relevance of the transition to a new element base for the construction of tele-communication systems and devices with improved technical characteristics based on photonics technologies, including holographic photonics, is shown. To improve the technical characteristics and expand the functionality of the equipment of telecommunication systems in the construction of their structures, it is proposed to use volumetric Fourier holograms. The principle of converting the information parameters of electrical signals in a photonic telecommunication de-vice with a volumetric Fourier hologram into the corresponding parameters of a holographic interferogram is formulated and a block diagram of this principle is developed. It is indicated that for the practical use of the principle of electro-optical signal conversion in photonic telecommunication devices with optical modulators and volumetric Fourier holograms in their design, each stage of the implementation of this principle must be considered as a separate task. The functional purpose of individual elements of the structural scheme of the transformation principle is described. Possible methods of modulation of the parameters of the luminous flux in a photonic telecommunication device with a volumetric Fourier hologram are shown. Variants of structural schemes of holographic pho-tonic devices with reflective and reflective-transmitting Fourier holograms, re-spectively, are presented. Mathematical relations are given that determine the nature of the distribution of the intensity of the light flux on the interferogram formed in the plane of the volumetric Fourier hologram. The influence of a volumetric Fourier hologram on the parameters of a coherent light flux is considered. It is noted that a holographic interferogram formed in the plane of a volumetric Fourier hologram is projected into the searchlight zone while maintaining the amplitude-phase relations between interfering light streams, but with a change in the scale of the projected interferogram. Recommendations on the use of the principle of signal conversion in photonic telecommunication devices using volumetric Fourier holograms have been developed. The influence of electro-optical and acousto-optical modulators of a coherent light flux with a spherical wavefront on the position of its phase center is explained. It is indicated that the sensitivity of the parameters of the holographic interferogram to changes in the voltage of the modulating electrical signal can be adjusted by changing the parameters of the elements of the optical circuit of the holographic photonic telecommunication de-vice and the recording conditions of the volumetric Fourier hologram. A reasonable conclusion is made about the feasibility of constructing photonic telecommunication devices using optical light flux modulators in combination with volumetric Fourier holograms

  • photonics
  • telecommunication devices
  • transformation principle
  • principle scheme
  • modulation
  • Volumetric Fourier hologram
  • interferogram
Аннотация (на русском)

Принцип преобразования сигналов в фотонных телекоммуникационных устройствах с использованием объёмных Фурье-голограмм

Показана актуальность перехода к новой элементной базе для построения телекоммуникационных систем и устройств с улучшенными техническими характеристиками на основе технологий фотоники и, в том числе, голографической фотоники. Для улучшения технических характеристик и расширения функциональных возможностей аппаратуры телекоммуникационных систем при построении их конструкций предложено использовать объёмные Фурье-голограммы. Сформулирован принцип преобразования информационных параметров электрических сигналов в фотонном телекоммуникационном устройстве с объёмной Фурье-голограммой в соответствующие им параметры голографической интерферограммы и разработана структурная схема этого принципа. Указано, что для практического использования принципа электрооптического преобразования сигналов в фотонных телекоммуникационных устройствах с оптическими модуляторами и объёмными Фурье-голограммами в их конструкции каждый этап реализации этого принципа необходимо рассматривать в качестве отдельной задачи. Описано функциональное назначение отдельных элементов структурной схемы принципа преобразования. Показаны возможные методы модуляции параметров светового потока в фотонном телекоммуникационном устройстве с объёмной Фурье-голограммой. Представлены варианты структурных схем голографических фотонных устройств с отражательной и отражательно-пропускающей Фурье голограммами соответственно. Приведены математические соотношения, определяющие характер распределения интенсивности светового потока на интерферограмме, формируемой в плоскости объёмной Фурье-голограммы. Рассмотрено влияние объёмной Фурье-голограммы на параметры когерентного светового потока. Отмечено, что голографическая интерферограмма, сформированная в плоскости объёмной Фурье-голограммы, проецируется в прожекторную зону с сохранением амплитудно-фазовых соотношений между интерферирующими световыми потоками, но с изменением масштаба проецируемой интерферограммы. Разработаны рекомендации по использованию принципа преобразования сигналов в фотонных телекоммуникационных устройствах с использованием объёмных Фурье-голограмм. Поясняется влияние электрооптического и акустооптического модуляторов когерентного светового потока со сферическим волновым фронтом на положение его фазового центра. Указано, что чувствительность параметров голографической интерферограммы к изменениям напряжения модулирующего электрического сигнала можно регулировать, изменяя параметры элементов оптической схемы голографического фотонного телекоммуникационного устройства и условия записи объёмной Фурье-голограммы. Сделан обоснованный вывод о целесообразности построения фотонных телекоммуникационных устройств с использованием оптических модуляторов светового потока в сочетании с объёмными Фурье-голограммами.

For citation

Prygunov A.G. The principle of signal conversion in photonic telecommunication devices using volumetric Fourier holograms // Journal of Radio Electronics. – 2023. – No. 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.12.12

References

  1. Межведомственная программа исследований и разработок в области фото-ники на 2017-2020 годы. Разработана на основании Протокола заседания президиума Совета при Президенте РФ по модернизации экономики и инно-вационному развитию России от 9 июля 2014 г. № 4. [web]. Технологическая платформа "Фотоника". Дата обращения: 10.06.2023. URL: http://www.photonica.cislaser.com/data/program_photonica_2017-2020.pdf
  2. Белкин М.Е., Кудж С.А., Сигов А.С. Новые принципы построения радиоэлектронной аппаратуры СВЧ-диапазона с использованием радиофотонной технологии. Российский технологический журнал. 2016. № 1(10), С. 4-20.
  3. Прыгунов А.Г. Физические основы использования голографического интерферометра в фотонных телекоммуникационных устройствах. Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2021. №2(42). С. 42-49. http://doi.org/10.24412/2221-2574-2021-242-42-49.
  4. Прыгунов А.Г. Физические основы использования объемных отражательных голограмм в устройствах радиофотоники. Электросвязь. 2021. №8. С. 54-59. http://doi.org/10.34832/ELSV.2021.21.8.009
  5. Прыгунов А.Г. Особенности применения объёмных голограмм в фотонных устройствах телекоммуникационных систем. Радиотехника, 2023. Т. 87, № 1. - С. 116-125.
  6. Прыгунов А.Г. Анализ свойств избирательности объёмной голограммы в голографическом фотонном устройстве. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал], 2021. № 11. URL: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.11.5.
  7. Звездина М.Ю., Елисеев А.В., Прыгунов А.Г., Русанов Р.И. Использование голографии в задаче стабилизации частоты генераторного оборудования. Электросвязь. - 2019. № 1. - С. 29-34.
  8. Цветков А.Ю., Прыгунов А.Г., Аникейчик Н.Д., Рыбалко И.П., Осипов Н.А. Аналого-цифровое преобразование сигналов с угловой манипуляцией для программно-определяемых радиосистем. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16. № 3. С. 402-408. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2016-16-3-402-408
  9. Габриэльян Д.Д., Демченко В.И., Караваев С.В., Михайлов Н.А., Прыгунов А.Г. Тракт формирования управляющего сигнала голографической системы автоматической регулировки усиления и его моделирование. Радиотехника. - 2019. - том 83, номер 7(9). - С. 215-221.
  10. Петров В.М., Шамрай А.В. СВЧ интегрально-оптические модуляторы. Тео-рия и практика. Санкт-Петербург: Университет ИТМО, 2021. - 225 с.
  11. Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ.- Москва: Радио и cвязь, 1989. - 504 с.
  12. Гребнев А.К., Гридин В.Н., Дмитриев В.П. Оптоэлектронные элементы и устройства. Под ред. Ю.В. Гуляева. - Москва: Радио и связь, 1998. - 336 с.
  13. Антонов С.Н., Филатов А.Л. Акустооптическое управление энергетическим профилем лазерного излучения. Журнал технической физики, 2018, том 88, вып. 1. С. 93-97.
  14. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва: Энергоатомиздат, 1989. - 272 с.
  15. Безуглов Д.А., Прыгунов А.Г., Трепачев В. В. Анализ дифракции света на эталонной голограмме при измерении перемещений объектов простран-ственно-спектральным методом. Автометрия. СО РАН, № 5, 1998. С. 21-28.