Синтез высокоэффективных многослойных диэлектрических дифракционных решеток для спектрального сложения лазерных пучков
DOI:
https://doi.org/10.26089/NumMet.v22r312Ключевые слова:
многослойная дифракционная решетка, спектральное сложение пучков, неполный метод Галеркина, метод матриц рассеяния, задача синтезаАннотация
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.Библиографические ссылки
- 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - 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 - A. G. Sveshnikov, “The Incomplete Galerkin Method,” Dokl. Akad. Nauk SSSR 236 (5), 1076-1079 (1977) [Sov. Math. Dokl. 18, 1331-1334 (1977)].
- 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 - 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 - 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)].
- 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)].
- Ch. Palmer, Diffraction Grating Handbook (MKS Instruments, Rochester, 2020).
- D. Himmelblau, Applied Nonlinear Programming (McGraw-Hill, New York, 1972; Mir, Moscow, 1975).
Загрузки
Опубликован
14-09-2021
Как цитировать
Петухов А. Синтез высокоэффективных многослойных диэлектрических дифракционных решеток для спектрального сложения лазерных пучков // Вычислительные методы и программирование. 2021. 22. 201-210. doi 10.26089/NumMet.v22r312
Выпуск
Раздел
Методы и алгоритмы вычислительной математики и их приложения
Лицензия
Copyright (c) 2021 А.А. Петухов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.