izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2023-12-35-39izmertech-2075Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSВременная динамика модуляции фазы жидкокристаллического пространственно-временного модулятора светаMeasurement of phase modulation time dynamics of liquid crystal spatial light modulatorhttps://orcid.org/0000-0002-2246-9729МинихановТ. З.MinikhanovT. Z.

Миниханов Тимур Замирович.

Москва

Timur Z. Minikhanov.

Moscow

minikhanovtz@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1340-7734ЗлоказовЕ. Ю.ZlokazovE. Yu.

Злоказов Евгений Юрьевич.

Москва

Evgeniy Yu. Zlokazov.

Moscow

ezlokazov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-7369-1565СтариковР. С.StarikovR. S.

Стариков Ростислав Сергеевич.

Москва

Rostislav S. Starikov.

Moscow

rstarikov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3556-2663ЧерёмхинП. А.CheremkhinP. A.

Черёмхин Павел Аркадьевич.

Москва

Pavel A. Cheremkhin.

Moscow

cheremhinpavel@mail.ruНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian Federation2023300120240123539Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20242024ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2075

Рассмотрены жидкокристаллические пространственно-временные модуляторы света для точной динамической манипуляции когерентными световыми полями в пространстве, используемые в дифракционных оптоэлектронных системах оптической обработки данных. Для анализа возможности скоростной модуляции световых полей представлены результаты исследования временной динамики жидкокристаллического пространственно-временного модулятора света HoloEye PLUTO-2 VIS-016. Проведены эксперименты с применением бинарных фазовых компьютерно-синтезированных голограмм и бинарных фокусирующих фазовых дифракционных оптических элементов. По экспериментальным данным определены временные характеристики отклика модулятора. При выводе модели дифракционной структуры на экран пространственно-временного модулятора света время нарастания дифракционной эффективности составило 146 мс, при переключении на новую модель время спада составило 97 мс. Полученные результаты позволили реализовать динамическое формирование переменного дифракционного поля на частоте обновления 2 Гц с уровнем помехи –16 дБ. Увеличение частоты обновления моделей дифракционных структур повышает уровень межкадровой помехи в формируемом дифракционном поле, а при обновлении с частотой, указанной в спецификации, фактически невозможно разделить сформированные распределения. Согласно полученным результатам исследованная модель модулятора рекомендуется для высокоточного формирования комплексных дифракционных полей с более низкой частотой обновления кадров, чем заявлено. Определение фактической частоты смены кадров по временам нарастания и спада дифракционной эффективности позволяет корректно определять минимальное время работы информационной оптической системы, содержащей жидкокристаллический пространственно-временной модулятор света.

Liquid crystal spatial light modulators for precise dynamic manipulation of coherent light fields, used in diffractive optoelectronic optical data processing systems, are considered. This paper presents the results of a study of the temporal dynamics of the HoloEye PLUTO-2 VIS-016 liquid crystal spatial light modulator for analysis of light fields rate modulation. Experiments using binary phase computer generated holograms and binary focusing phase diffractive optical elements were conducted. Based on experimental data, the time characteristics of the modulator response were determined. It was found that when the rise time of the diffraction efficiency was 146 ms after the hologram displaying onto the SLM, and when switching to a new hologram, the decay time was 97 ms. These results allowed the dynamic generation of an alternating holograms at a refresh rate of 2 Hz with an interference level of –16 dB. Increasing the frequency of fringe pattern updates increases the level of interframe noise in the generated holograms, and when updated at the specification frequency, the generated distributions cannot be separated. Determining the actual frame rate based on the rise and decay times of the diffraction efficiency makes it possible to correctly calculate the minimum operating time of an information optical system containing a liquid crystal spatial light modulator.

компьютерная голографияжидкокристаллический пространственно-временной модулятор светакогерентный оптический дифракционный процессордифракционные оптические нейронные сетидифракционный оптический элементcomputer-generated holographyliquid crystal spatial light modulatordynamics characteristiccoherent optical diffractive processordiffractive optical neural networksdiffractive optical elementРабота выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ), грант № 23-12-00336.The work was supported by the Russian Science Foundation (RSF), Grant no. 23-12-00336.ReferencesZoabi Y., Deri-Rozov S., Shomron, N., NPJ Digital Medicine, 2021, vol. 4, p. 3. https://doi.org/10.1038/s41746-020-00372-6Zoabi Y., Deri-Rozov S., Shomron, N., NPJ Digital Medicine, 2021, vol. 4, p. 3. https://doi.org/10.1038/s41746-020-00372-6Jiang C., Zhang H., Ren Y., Han Z., Chen K. C., Hanzo L., IEEE Wireless Communications, 2017, vol. 24, pp. 98–105. https://doi.org/10.1109/MWC.2016.1500356WCJiang C., Zhang H., Ren Y., Han Z., Chen K. C., Hanzo L., IEEE Wireless Communications, 2017, vol. 24, pp. 98–105. https://doi.org/10.1109/MWC.2016.1500356WCWei H., Laszewski M., Kehtarnavaz N., Deep Learning-Based Person Detection and Classification for Far Field Video Surveillance, IEEE 13th Dallas Circuits and Systems Conference (DCAS), Dallas, TX, USA, 2018, pp. 1–4. https://doi.org/10.1109/DCAS.2018.8620111Wei H., Laszewski M., Kehtarnavaz N., Deep Learning-Based Person Detection and Classification for Far Field Video Surveillance, IEEE 13th Dallas Circuits and Systems Conference (DCAS), Dallas, TX, USA, 2018, pp. 1–4. https://doi.org/10.1109/DCAS.2018.8620111Collobert R., Weston J., Proceeding 25th International Conference on Machine Learning, Helsinki, Finland, July 5–9, 2008, pp. 160–167. https://doi.org/10.1145/1390156.1390177Collobert R., Weston J., Proceeding 25th International Conference on Machine Learning, Helsinki, Finland, July 5–9, 2008, pp. 160–167. https://doi.org/10.1145/1390156.1390177Macfaden A. J., Gordon G. S. D., Wilkinson T. D., Scientific Reports, 2017, vol.7, 13667. https://doi.org/10.1038/s41598-017-13733-1Macfaden A. J., Gordon G. S. D., Wilkinson T. D., Scientific Reports, 2017, vol.7, 13667. https://doi.org/10.1038/s41598-017-13733-1Mario Miscuglio, Zibo Hu, Shurui Li, et al., Optica, 2020, vol. 7, pp. 1812–1819. https://doi.org/10.1364/OPTICA.408659Mario Miscuglio, Zibo Hu, Shurui Li, et al., Optica, 2020, vol. 7, pp. 1812–1819. https://doi.org/10.1364/OPTICA.408659Ping Xu, Chunquan Hong, Guanxiao Cheng, Liang Zhou, Zhilong Sun, Optics Express, 2015, vol. 23, pp. 6773–6779. https://doi.org/10.1364/OE.23.006773Ping Xu, Chunquan Hong, Guanxiao Cheng, Liang Zhou, Zhilong Sun, Optics Express, 2015, vol. 23, pp. 6773–6779. https://doi.org/10.1364/OE.23.006773Zuo Y., Zhao Y., Chen Y, Du S., Liu J., Physical Review Applied, 2021, vol. 15, 054036. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.054034Zuo Y., Zhao Y., Chen Y, Du S., Liu J., Physical Review Applied, 2021, vol. 15, 054036. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.054034Long Y., Wang Z., He B., Nie T., Zhang X., Fu T., Sensors, 2022, vol. 19, 7110. https://doi.org/10.3390/s22197110Long Y., Wang Z., He B., Nie T., Zhang X., Fu T., Sensors, 2022, vol. 19, 7110. https://doi.org/10.3390/s22197110Rahman M., Li J., Mengu D., Rivenson Y., Ozcan A., Light: Science & Applications, 2021, vol. 10, 14. https://doi.org/10.1038/s41377-020-00446-wRahman M., Li J., Mengu D., Rivenson Y., Ozcan A., Light: Science & Applications, 2021, vol. 10, 14. https://doi.org/10.1038/s41377-020-00446-wShao J., Zhou L., Yeung S. Y. F., Lei T., Zhang W., Yuan X., Life, 2013, vol. 13, no. 5, 1148. https://doi.org/10.3390/life13051148Shao J., Zhou L., Yeung S. Y. F., Lei T., Zhang W., Yuan X., Life, 2013, vol. 13, no. 5, 1148. https://doi.org/10.3390/life13051148Евтихиев Н. Н., Краснов В. В., Рябцев И. П., Родин В. Г., Стариков Р. С., Черёмхин П. А. Измерение модуляции фазового жидкокристаллического модулятора света Santec SLM-200 и анализ его применимости для реконструкции изображений с дифракционных элементов // Измерительная техника. 2021. № 5. С. 4–8. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2021-5-4-8Evtikhiev N. N., Krasnov V. V., Ryabcev I. P., Rodin V. G., Starikov R. S., Cheremkhin P. A., Measurement Techniques, 2021, vol. 64, no. 5, pp. 346–351. https://doi.org/10.1007/s11018-021-01940-2Evtikhiev N., Zlokazov E., Starikov S., Starikov R., Shaulskiy D., Proceeding SPIE, 2010, vol. 7835, 78350M. https://doi.org/10.1117/12.864457Evtikhiev N., Zlokazov E., Starikov S., Starikov R., Shaulskiy D., Proceeding SPIE, 2010, vol. 7835, 78350M. https://doi.org/10.1117/12.864457Злоказов 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. https://doi.org/10.1070/QEL17291Zlokazov E., Methods and algorithms for computer synthesis of holographic elements to obtain a complex impulse response of optical information processing systems based on modern spatial light modulators, Quantum Electronics, 2020, vol. 50, no. 7, pp. 643–652. https://doi.org/10.1070/QEL17291Краснов В. В., Стариков Р. С., Злоказов Е. Ю. Метод формирования единственного сфокусированного порядка дифракции при помощи бинарных амплитудных дифракционных элементов без пространственной несущей // Оптика и спектроскопия. 2021. Т. 129. № 4. С. 436–442. https://doi.org/10.21883/OS.2021.04.50771.292-20Krasnov V. V., Starikov R. S., Zlokazov E. Yu., Optics and spectroscopy, 2021, vol. 129, no. 4, pp. 511–516. https://doi.org/10.1134/S0030400X21040147Gerchberg R., Saxton W., A practical algorithm for the determination of plane from image and diffraction pictures, Optik, 1972, vol. 2, no. 2, pp. 237–246.Gerchberg R., Saxton W., A practical algorithm for the determination of plane from image and diffraction pictures, Optik, 1972, vol. 2, no. 2, pp. 237–246.Krasnov V., Proceeding SPIE, 2016, vol. 10022, 1002226. https://doi.org/10.1117/12.2246410Krasnov V., Proceeding SPIE, 2016, vol. 10022, 1002226. https://doi.org/10.1117/12.2246410

The authors declare that there are no conflicts of interest present.