DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v22r312

Синтез высокоэффективных многослойных диэлектрических дифракционных решеток для спектрального сложения лазерных пучков

---

Ключевые слова:

многослойная дифракционная решетка

спектральное сложение пучков

неполный метод Галеркина

метод матриц рассеяния

задача синтеза

---

Аннотация

Статья посвящена синтезу многослойных диэлектрических отражательных дифракционных решеток, с высокой эффективностью обеспечивающих спектральное сложение пучков с различной длиной волны в заданном дифракционном порядке. Приводятся результаты решения задачи синтеза многослойных диэлектрических дифракционных решеток, обеспечивающих спектральное сложение в первом или минус первом порядке дифракции. Кроме того, решается задача синтеза для таких решеток с учетом возможных технологических ограничений на высоту профиля (глубину травления). Решение задачи синтеза проводится путем минимизации зависящего от параметров решетки целевого функционала методом Нелдера-Мида. Решение прямой задачи на каждом шаге минимизации осуществляется при помощи комбинации неполного метода Галеркина и метода матриц рассеяния.

---

---

Автор

А.А. Петухов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
физический факультет,
кафедра математики
Ленинские горы, 1, стр. 2, 119991, Москва, Российская Федерация
• ведущий программист

---

Библиографические ссылки

1. E. J. Bochove, “Theory of Spectral Beam Combining of Fiber Lasers,” IEEE J. Quantum Electron. 38 (5), 432-445 (2002).
   doi 10.1109/3.998614
2. S. J. Augst, A. K. Goyal, R. L. Aggarwal, et al., “Wavelength Beam Combining of Ytterbium Fiber Lasers,” Opt. Lett. 28 (5), 331-333 (2003).
   doi 10.1364/OL.28.000331
3. T. H. Loftus, A. M. Thomas, P. R. Hoffman, et al., “Spectrally Beam-Combined Fiber Lasers for High-Average-Power Applications,” IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 13 (3), 487-497 (2007).
   doi 10.1109/JSTQE.2007.896568
4. R. Paschotta, J. Nilsson, A. C. Tropper, and D. C. Hanna, “Ytterbium-Doped Fiber Amplifiers,” IEEE J. Quantum Electron. 33 (7), 1049-1056 (1997).
   doi 10.1109/3.594865
5. S. Fu, W. Shi, Y. Feng, et al., “Review of Recent Progress on Single-Frequency Fiber Lasers,” J. Opt. Soc. Am. B: Opt. Phys. 34 (3), A49-A62 (2017).
   doi 10.1364/JOSAB.34.000A49
6. T. Theeg and T. Pulzer, “High Power Fiber Arrays for Spectral and Coherent Beam Combining of Fiber Laser and Amplifier,” Proc. SPIE 11539 (2020).
   doi 10.1117/12.2581107
7. I. Kim, S. So, J. Mun, et al., “Optical Characterizations and Thermal Analyses of HfO_2/SiO_2 Multilayered Diffraction Gratings forHigh-Power Continuous Wave Laser,” J. Phys. Photonics 2 (2020).
   doi 10.1088/2515-7647/ab7b0f
8. H. Wang, Y. Song, Y. Yang, et al., “Simulation and Experimental Study of Laser-Induced Thermal Deformation of Spectral Beam Combination Grating,” Opt. Express 28 (22), 33334-33345 (2020).
   doi 10.1364/OE.408832
9. J. Neauport, E. Lavastre, G. Razé, et al., “Effect of Electric Field on Laser Induced Damage Threshold of Multilayer Dielectric Gratings,” Opt. Express 15 (19), 12508-12522 (2007).
   doi 10.1364/OE.15.012508
10. M. D. Perry, R. D. Boyd, J. A. Britten, et al., “High-Efficiency Multilayer Dielectric Diffraction Gratings,” Opt. Lett. 20 (8), 940-942 (1995).
    doi 10.1364/OL.20.000940
11. H. Wei and L. Li, “All-Dielectric Reflection Gratings: A Study of the Physical Mechanism for Achieving High Efficiency,” Appl. Opt. 42 (31), 6255-6260 (2003).
    doi 10.1364/AO.42.006255
12. A. G. Sveshnikov, “The Incomplete Galerkin Method,” Dokl. Akad. Nauk SSSR 236 (5), 1076-1079 (1977) [Sov. Math. Dokl. 18, 1331-1334 (1977)].
13. L. Li, “Formulation and Comparison of Two Recursive Matrix Algorithms for Modeling Layered Diffraction Gratings,” J. Opt. Soc. Am. A: Opt. Image Sci. Vis. 13 (5), 1024-1035 (1996).
    doi 10.1364/JOSAA.13.001024
14. L. Li, “Note on the S-matrix propagation algorithm,” J. Opt. Soc. Am. A: Opt. Image Sci. Vis. 20 (4), 655-660 (2003).
    doi 10.1364/JOSAA.20.000655
15. P. A. Kuchment, “Floquet Theory for Partial Differential Equations,” Usp. Mat. Nauk 37 (4), 3-52 (1982) [Russ. Math. Surv. 37 (4), 1-60 (1982)].
16. A. A. Petukhov, “Joint Application of the Incomplete Galerkin Method and Scattering Matrix Method for Modeling Multilayer Diffraction Gratings,” Mat. Model. 25 (6), 41-53 (2013) [Math. Models Comput. Simul. 6 (1), 92-100 (2014)].
17. Ch. Palmer, Diffraction Grating Handbook (MKS Instruments, Rochester, 2020).
18. D. Himmelblau, Applied Nonlinear Programming (McGraw-Hill, New York, 1972; Mir, Moscow, 1975).

---