DOI: https://doi.org/10.26089/NumMet.v25r326

Расчет дифракционной эффективности в задаче проектирования многоуровневых дифракционных решеток

Авторы

  • Е. В. Гусарова
  • В. Ю. Мартынова
  • М. Ю. Медведик

Ключевые слова:

дифракционная решетка
уравнения Максвелла
уравнение Гельмгольца
собственные значения
численный метод
метод разделения переменных

Аннотация

Процесс моделирования дифракционных решеток актуален в связи с необходимостью их применения в задачах термоядерного синтеза. Возможность моделировать дифракционные решетки с более высокой дифракционной эффективностью позволяет увеличить мощность излучения лазерных установок. Для этих целей используется спектральное сложение пучков. При расчете дифракционной эффективности применяются методы математической физики и методы математического моделирования, а также численные методы. Представлены численные расчеты дифракционной эффективности для различных видов дифракционных решеток, полученные с использованием оригинального метода перемены знака. Проведено сравнение расчетов дифракционной эффективности для дифракционных решеток с одним и тремя порожками в периоде. Рассмотренные численные примеры моделирования решеток с более сложной конфигурацией демонстрируют преимущества предложенной модели расчета дифракционной эффективности по сравнению с предшествующими алгоритмами.

Загрузки

Опубликован

2024-09-18

Выпуск

Том 25 (2024): Выпуск 3.

Раздел

Методы и алгоритмы вычислительной математики и их приложения

Авторы

Е. В. Гусарова

Пензенский государственный университет
ул. Красная, 40, к. 8, 440026, Пенза
• аспирант

В. Ю. Мартынова

Пензенский государственный университет
ул. Красная, 40, к. 8, 440026, Пенза
• доцент

М. Ю. Медведик

Пензенский государственный университет
ул. Красная, 40, к. 8, 440026, Пенза
• доцент

Библиографические ссылки

  1. A. A. Petukhov, “Synthesis of Highly Efficient Multilayer Dielectric Diffraction Gratings for Spectral Combining of Laser Beams,” Numerical Methods and Programming (Vychislitel’nye Metody i Programmirovanie). 22 (3), 201-210 (2021).
    doi 10.26089/NumMet.v22r312.
  2. H.-J. Cho, K.-H. Lee, S.-I. Kim, et al., “Analysis on Design and Fabrication of High-Diffraction-Efficiency Multilayer Dielectric Gratings,” Curr. Opt. Photon. 2 (2), 125-133 (2018).
    doi 10.3807/COPP.2018.2.2.125.
  3. S. A. Kemme, D. A. Scrymgeour, and D. W. Peters, “High Efficiency Diffractive Optical Elements for Spectral Beam Combining,” in Proc. SPIE 8381, Laser Technology for Defense and Security, 2012.
    doi 10.1117/12.919593.
  4. H.-J. Cho, H.-T. Kim, and Y.-S. Lee, “Design and Fabrication of Multilayer Dielectric Gratings for Spectral Beam Combining,” in Proc. SPIE 9556, Nanoengineering: Fabrication, Properties, Optics, and Devices, 2015.
    doi 10.1117/12.2186076.
  5. M. Yu. Medvedik, A. D. Barysheva, A. P. Demidova, et al., “Solving the Eigenvalue Problem for a Matrix by the Sign Change Method,” Vestn. Penza Gos. Univ., No. 2, 92-98 (2023).
  6. M. Yu. Medvedik, A. A. Dyundyaeva, V. N. Poplevina, and E. M. Davydova, “The Sign Change Method for Solving Nonlinear Systems of Algebraic Equations,” Vestn. Penza Gos. Univ., No. 2, 84-91 (2023).
  7. H. Qi, L. Xie, J. Zhu, et al., “High-Efficiency, Polarization-Insensitive 1400-Lines/mm Retroreflective Metagrating with Cascaded Nano-Optical Modes,” Opt. Lett. 47 (16), 3972-3975 (2022).
    doi 10.1364/OL.463672.
  8. Yu. G. Smirnov, V. Yu. Martynova, Z. Wei, et al., “Computationally Efficient Algorithm for Designing Multilayer Dielectric Gratings,” Lobachevskii J. Math. 43 (5), 1277-1284 (2022).
    doi 10.1134/S1995080222080303.
  9. H. T. Nguyen, J. A. Britten, T. C. Carlson, et al., “Gratings for High-Energy Petawatt-Class Lasers,” in Proc. SPIE 5991, Laser-Induced Damage in Optical Materials, 2005.
    doi 10.1117/12.633689.
  10. V. P. Shestopalov, A. A. Kirilenko, S. A. Masalov, and Yu. K. Sirienko, Resonance Scattering of Waves, Vol. 1: Diffraction Gratings (Naukova Dumka, Kiev, 1986) [in Russian].
  11. M. Yu. Medvedik, “Subhierarchic Method for Solving Integral Equations on Plane Screens of Arbitrary Shape,” Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Povolzh. Region. Fiz. Mat. Sci. No. 4, 48-53. 2009.
  12. M. G. Moharam, E. B. Grann, D. A. Pommet, and T. K. Gaylord, “Formulation for Stable and Efficient Implementation of the Rigorous Coupled-Wave Analysis of Binary Gratings,” J. Opt. Soc. Am. A 12 (5), 1068-1076 (1995).
    doi 10.1364/JOSAA.12.001068.
  13. E. Popov (ed.), Gratings: Theory and Numeric Applications (Institute Fresnel, Marseille, 2014).
  14. A. A. Tsupak, “Analysis of the Diffraction Efficiency of One-Dimensional Binary Diffraction Grating by the Plane Wave Expansion Method (the TE-Polarization Case),” Penza Gos. Univ. Proc. Volga Region. Phys. Math. Sci. № 3, 3-14 (2020).
    doi 10.21685/2072-3040-2020-3-1.
  15. Yu. G. Smirnov, V. Yu. Martynova, M. A. Moskaleva, and A. A. Tsupak, “Study of Diffraction Efficiency of Diffraction Gratings by the Modified Method of Variables Separation,” Penza Gos. Univ. Proc. Volga Region. Phys. Math. Sci. № 4, 57-70 (2021).
    doi 10.21685/2072-3040-2021-4-5.
  16. Yu. G. Smirnov, V. Yu. Martynova, M. A. Moskaleva, and A. V. Tikhonravov, “Modified Method of Separation of Variables for Solving Diffraction Problems on Multilayer Dielectric Gratings,” Eurasian J. Math. Comput. Appl. 9 (4), 76-88 (2021).
    doi 10.32523/2306-6172-2021-9-4-76-88.
  17. V. Yu. Martynova, Yu. G. Smirnov, and A. V. Tikhonravov, “A Numerical Method for the Optimization of the Diffraction Efficiency of Thin-Layer Coatings with Diffraction Gratings,” Differ. Uravn. 59 (3), 400-408 (2023).
    doi 10.31857/S0374064123030111.
  18. V. Yu. Martynova, Yu. G. Smirnov, and A. V. Tikhonravov, “Optimization of Parameters of Multilayer Diffraction Gratings Using Needle Variations,” Penza Gos. Univ. Proc. Volga Region. Phys. Math. Sci. No. 4, 56-68 (2022).
    doi 10.21685/2072-3040-2022-4-6.
  19. T. He, J. Zhang, H. Jiao, et al., “Near-Infrared Broadband Si: H/SiO_2 Multilayer Gratings with High Tolerance to Fabrication Errors,” Nanotechnology 31 (31), Article Number 315203 (2020).
    doi 10.1088/1361-6528/ab8768.

Лицензия

Copyright (c) 2024 Е. В. Гусарова, В. Ю. Мартынова, М. Ю. Медведик

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.