Geometrical noise bandwidth of the optical spectrum analyzer

Валентин Георгійович Колобродов, Григорій Семенович Тимчик, Микита Сергійович Колобродов

Abstract


Background. Coherent optical spectrum analyzers (COSA) are widely used in data processing systems. The efficiency of the spectrum analyzers is determined by their generalized characteristics such as the operating range of spatial frequencies, spatial bandwidth, the spatial spectral resolution and the energy resolution. One of such characteristics is geometric noise bandwidth GNBW that determines the spatial spectral resolution of spectrum analyzer.

Objective. The purpose of this article is to provide a physical and mathematical model of COSA for calculating its geometric noise bandwidth, which determines the spatial spectral resolution of the spectrum analyzer.

Methods. Based on the analysis of physical-mathematical model of COSA invited to determine the field amplitude at the output of the spectrum analyzer using the geometric noise bandwidth.

Results. It was found that the spectrum analyzer can be considered as a coherent optical invariant linear system characterized by the impulse response and a transfer function. The geometric noise bandwidth of COSA is equal the square of the input transparency, amplitude transmittance of which is determined by the amplitude of the investigated signal.

Conclusions. Analysis of the developed physical and mathematical model of the COSA showed that the geometric noise bandwidth is one of the important characteristics of the spectrum analyzer as it allows us to calculate the spatial spectral resolution. It was found that the coherent transfer function of the optical spectrum analyzer is equal to the square of the input transparency, amplitude transmittance of which is determined by the amplitude of the investigated signal.


Keywords


Optical spectrum analyzer; Geometrical noise bandwidth; Spectral resolution

References


Application of Optical Fourier Transforms, H. Stark, Ed. Moscow, USSR: Radio i Szyaz, 1982, 536 p. (in Russian).

D. Casasent, Optical Data Processing. Moscow, USSR: Mir, 1978, 350 p. (in Russian).

F.T.S. Yu, Introduction to Diffraction, Information Processing and Holography. Moscow, USSR: Sovetskoe Radio, 1975, 304 p. (in Russian).

V.G. Kolobrodov and G.S. Tymchyk, Design of Diffractive Optical Elements and Systems. Kyiv, Ukraine: NTUU KPI, 2012, 200 p. (in Ukrainian).

V.G. Kolobrodov and G.S. Tymchyk, The Diffraction Theory of Optical Systems. Kyiv, Ukraine: NTUU KPI, 2011, 148 p. (in Ukrainian).

V.G. Kolobrodov and G.S. Tymchyk, “The analysis of the optical systems of coherent spectrum analyzers”, Optiko-Mehanicheskaja Promyshlennost', no. 10, pp. 4–7, 1982. (in Russian).

B.E.A. Saleh et al., Fundamentals of photonics. New York: Wiley, 1991, 948 p.

V.G. Kolobrodov and G.S. Tymchyk, Applied Diffractive Optics. Kyiv, Ukraine: NTUU KPI, 2014, 312 p. (in Ukrainian).

V.G. Kolobrodov et al., “The problems of designing coherent spectrum analyzers”, Naukovi Visti NTUU KPI, no. 5, pp. 102–108, 2012 (in Ukrainian).

V.G. Kolobrodov et al., “Geometrical noise bandwitdth of thermal imager with matrix detector”, Proc. SPIE, vol. 9066, pp. 90660N-1–9066N-7, 2013.

O.S. Neuymin and S.M. Dyachenko, “CCD”, Visnyk NTUU “KPI”. Ser. Radiotekhnika. Radioaparatobuduvannya, no. 41, pp. 182–189, 2010 (in Ukrainian).

V.G. Kolobrodov et al., “Limiting characteristics of coherent spectrum analyzer”, Naukovi Visti NTUU KPI, no. 5, pp. 119–123, 2014 (in Ukrainian).

V.G. Kolobrodov and М.І. Lykholyt, Design of Thermal Imaging and Television Observation Systems. Kyiv, Ukraine: NTUU KPI, 2007, 364 p. (in Ukrainian).

V.G. Kolobrodov and N. Shuster, Thermal Imaging Systems, Kyiv, Ukraine: Tyrazh, 1999, 340 p. (in Ukrainian).

J.M. Lloyd, Thermal Imaging Systems. Moscow, USSR: Mir, 1975, 416 p.

V.G. Kolobrodov, “Geometrical noise bandwidth – new criterion for definitions resolution of optical and opto-electronical devices”, Naukovi Visti NTUU KPI, no. 2, pp. 97–101, 2003 (in Ukrainian).

V.G. Kolobrodov et al., “Assembly and alignment errors of the optical system of coherent spectrum analyzer”, Optiko-Mehanicheskaja Promyshlennost', no. 9, pp. 6–9, 1983 (in Russian).

A.W. Lohman et al., “Space-bandwidth product of optical signals and systems”, J. Opt. Soc. Am., vol. 13, no. 3, pp. 470–473, 1996.


GOST Style Citations


  1. Применение методов фурье-оптики / Под ред. Г. Старка; пер. с англ. под ред. И.Н. Компанца. – М.: Радио и связь, 1988. – 536 с.

  2. Кейсесент Д. Оптическая обработка информации / Пер. с англ. – М.: Мир, 1980. – 350 с.

  3. Юу Ф.Т.С. Введение в теорию дифракции, обработку информации и голографию / Под ред. В.К. Соколова; пер. с англ. – М.: Сов. радио, 1979. – 304 с.

  4. Колобродов В.Г., Тимчик Г.С. Проектування дифракційних оптичних елементів і систем. – К.: НТУУ “КПІ”, 2012. – 200 с.

  5. Колобродов В.Г., Тимчик Г.С. Дифракційна теорія оптичних систем. – К.: НТУУ “КПІ”, 2011. − 148 с.

  6. Колобродов В.Г., Тымчик Г.С. Анализ оптических схем когерентных спектроанализаторов // Оптико-механическая промышленность. – 1982. – № 10. – С. 4–7.

  7. Saleh B.E.A., Malvin C.T. Fundamentals of Photonics. − New York: Wiley, 1991. – 948 p.

  8. Колобродов В.Г., Тимчик Г.С. Прикладна дифракційна оптика. – К.: НТУУ «КПІ», 2014. – 312 с.

  9. Тимчик Г.С., Нгуєн К.А., Колобродов В.Г. Визначення узагальнених характеристик когерентних спектроаналізаторів // Наукові вісті НТУУ “КПІ”. – 2012. – № 5. – С. 102–108.

  10. Kolobrodov V.G. Geometrical noise bandwitdth of thermal imager with matrix detector // Proc. SPIE. – 9066. – 2013. – P. 90660N-1–9066N-7.

  11. Неуймін О.С., Дяченко С.М. ПЗЗ-матриці // Вісник НТУУ “КПІ”. Сер. Радіотехніка. Радіоапаратобудування. – 2010. – № 41. – С. 182–189.

  12. Тимчик Г.С., Нгуєн К.А., Колобродов М.С. Граничні характеристики когерентного оптичного спектроаналізатора // Наукові вісті НТУУ “КПІ”. – 2014. – № 5. – С. 119–123.

  13. Колобродов В.Г., Лихоліт М.І. Проектування тепловізійних і телевізійних систем спостереження. – К.: НТУУ “КПІ”, 2007. − 364 с.

  14. Колобродов В. Г., Шустер Н. Тепловізійні системи (фізичні основи, методи проектування і контролю, застосування). – К.: Тираж, 1999. – 340 с.

  15. Ллойд Дж. Системы тепловидения / Пер. с англ. – М.: Мир, 1978. – 416 с.

  16. Колобродов В.Г. Геометрична шумова смуга пропускання – новий критерій для визначення роздільної здатності оптичних та оптико-електронних приладів // Наукові вісті НТУУ “КПІ”. – 2003. – № 2. – С. 97–101.

  17. Колобродов В.Г., Тимчик Г.С., Сахно С.П. Погрешность сборки и юстировки оптической системы когерентного спектроанализатора // Оптико-механическая промышленность. – 1983. – № 9. – С. 6–9.

  18. Lohman A.W., Dosch R.G., Mendovic D. Space-bandwidth product of optical signals and systems // J. Opt. Soc. Am. A. – 1996. – 13, № 3. – P. 470–473.




DOI: https://doi.org/10.20535/1810-0546.2016.1.52608

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


Copyright (c) 2017 NTUU KPI