Анализ дифракционной эффективности дифракционных решеток модифицированным методом разделения переменных 

Юрий Геннадьевич Смирнов, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой математики и суперкомпьютерного моделирования, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: mmm@pnzgu.ru
Валерия Юрьевна Мартынова, старший преподаватель кафедры математики и суперкомпьютерного моделирования, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: 79273698109@ya.ru
Марина Александровна Москалева, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры математики и суперкомпьютерного моделирования, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: mmm@pnzgu.ru
Алексей Александрович Цупак, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры математики и суперкомпьютерного моделирования, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: altsupak@yandex.ru 

517.958:535.4 

DOI

10.21685/2072-3040-2021-4-5 

Актуальность и цели. Цель работы – исследование дифракции электро-магнитной волны на дифракционных решетках с несколькими штрихами на периоде. Материалы и методы. Для решения задачи применяется модифицированный метод разделения переменных. Результаты. Модифицированный метод разделения переменных программно реализован, проведены вычислительные эксперименты, проведено сравнение предложенного метода с методом разделения переменных. Выводы. численные результаты согласуются с известными теоретическими результатами исследования задачи, а также с результатами решения задачи другими численными методами. Предложенный метод является эффективным и может использоваться для моделирования сложных дифракционных решеток с многослойным покрытием. 

Ключевые слова

дифракционные решетки, модифицированный метод разделения переменных, электромагнитные волны, дифракционная эффективность 

 Скачать статью в формате PDF

1. Britten J. A., Molander W. A., Komashko A. M., Barty C. P. Multilayer dielectric gratings for petawatt-class laser systems // Proc. SPIE 5273, Laser-Induced Damage in Optical Materials: 2003. 2004. Vol 5273. P. 1–7. URL: https://doi.org/10.1117/ 12.524015
2. Nguyen H. T., Britten J. A., Carlson T. C., Nissen J. D. [et al.]. Gratings for high-energy petawatt-class lasers // Proc. SPIE 5991, Laser-Induced Damage in Optical Materials: 2005. 2005. Vol. 5991, № 59911M. P. 1–8. URL: https://doi.org/10.1117/12.633689
3. Bonod N., N´eauport J. Diffraction gratings: from principles to applications in highintensity lasers // Advances in Optics and Photonics. 2016. Vol. 8, № 1. P. 156–199. URL: https://doi.org/10.1364/AOP.8.000156
4. Beier F., Hupel C., Nold J. [et al.]. Narrow linewidth, single mode 3 kW average power from a directly diode pumped ytterbium-doped low NA fiber amplifier // Optics Express. 2016. Vol. 24, № 6. P. 6011–6020. URL: https://doi.org/10.1364/OE.24.006011
5. Dawson J. W., Messerly M. J., Beach R. J. [et al.]. Analysis of the scalability of diffraction-limited fiber lasers and amplifiers to high average power // Optics express. 2008. Vol. 16, № 17. P. 13240–13266. URL: https://doi.org/10.1364/OE.16.013240
6. Guan H., Jin Y., Liu S. [et al.]. Broadband trapeziform multilayer dielectric grating for femtosecond pulse compressor: design, fabrication, and analysis // Laser Physics. 2013. Vol. 23, № 11. P. 1–9. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1054- 660X/23/11/115301
7. Oliver J. B., Kessler T. J., Huang H. [et al.]. Thin-film design for multilayer diffraction gratings // Proc. SPIE 5991, Laser-Induced Damage in Optical Materials: 2005. 2006. Vol. 5991. P. 1–7. URL: https://doi.org/10.1117/12.638818
8. Moharam M. G., Grann E. B., Pommet D. A. Formulation for stable and efficient implementation of the rigorous coupled-wave analysis of binary gratings // J. Opt. Soc. Am. A. 1995. Vol. 12, № 5. P. 1068–1077.
9. Quan L., Yunxia J., Jianhong W., Peiliang G. Fabrication of the polarization independent spectral beam combining grating // Proc. SPIE 10255, Selected Papers of the Chinese Society for Optical Engineering Conferences held October and November 2016. 2017. Vol. 1025514. P. 1–7. URL: https://doi.org/10.1117/12.2266500
10. Junming C., Yunxia J., Jianda S. Design of broadband polarization-independent multilayer dielectric grating // Proc. SPIE 10339, Pacific Rim Laser Damage 2017: Optical Materials for High-Power Lasers. 2017. Vol. 1033911. P. 1–5. URL: https://doi.org/10.1117/12.2269729
11. He T., Zhang J., Jiao H., Wang Z., Cheng X. Near-infrared broadband Si:H/SiO2 multilayer gratings with high tolerance to fabrication errors // Nanotechnology. 2020. Vol. 31, № 31. P. 1–7. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6528/ab8768
12. Inki Kim [et al.]. Optical characterizations and thermal analyses of HfO2/SiO2 multilayered diffraction gratings for high-power continuous wave laser // Journal of Physics Photonics. 2020. Vol. 2, № 2. P. 1–10. URL: https://iopscience.iop.org/article/ 10.1088/2515-7647/ab7b0f
13. URL: www.gsolver.com.
14. URL: www.lighttrans.com.
15. Шестопалов В. П., Кириленко А. А., Масалов С. А., Сиренко Ю. К. Резонансное рассеяние волн. Т. 1. Дифракционные решетки. Киев : Наукова думка, 1986.
16. Popov E. Gratings: Theory and Numeric Applications, Second Revisited Edition. Institut Fresnel, AMU, CNRS, ECM, 2014.
17. Цупак А. А. Анализ дифракционной эффективности одномерно-периодической дифракционной решетки методом плоских волн (случай TE-поляризации) // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2020. № 3. С. 3–14. doi:10.21685/2072-3040-2020-3-1