(49-3) 06 * << * >> * Русский * English * Содержание * Все выпуски

Методика определения температурных зависимостей дифракционной эффективности двухслойных двухрельефных микроструктур в рамках строгого анализа связанных волн
А.И. Антонов 1, Г.И. Грейсух 1

1 Пензенский государственный университет архитектуры и строительства,
440028, Россия, г. Пенза, ул. Германа Титова, д. 28

  PDF, 1124 kB

DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1575

Страницы: 391-398.

Аннотация:
Для расчета дифракционной эффективности дифракционных оптических элементов с двухслойной микроструктурой и двумя внутренними пилообразными рельефами в рамках строгой электромагнитной теории дифракции предложен подход, предполагающий расчет эффективности элемента в целом через эффективность каждой зоны микроструктуры в отдельности. Данный подход положен в основу методики расчета дифракционной эффективности, которая учитывает нормированную площадь каждой зоны двухслойной микроструктуры, температурные зависимости глубин обоих рельефов и их показателей преломления, а также локальное взаимное смещение слоев микроструктуры из-за разницы коэффициентов теплового расширения их материалов. Представлен математический аппарат предложенной методики, минимизирующий вычислительную трудоемкость, а её эффективность продемонстрирована на примере расчета дифракционной эффективности дифракционного элемента сверхвысокоапертурного рефракционно-дифракционного атермального двухдиапазонного инфракрасного объектива. Показано, что из-за перепада температуры эксплуатации (от – 40°С до + 60°С) дифракционная эффективность падает не более чем на 7 % во всем рабочем спектральном диапазоне (3,5 – 5,2 мкм; 7,5 – 11,4 мкм) и допустимом интервале углов (от – 14°до + 14°) падения излучения на микроструктуру.

Ключевые слова:
дифракционный оптический элемент, двухслойная микроструктура с двумя внутренними пилообразными рельефами, дифракционная эффективность, строгий анализ связанных волн, коэффициенты Фурье, температурное расширение, термооптические постоянные.

Благодарности
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 20-19-00081).

Цитирование:
Антонов, А.И. Методика определения температурных зависимостей дифракционной эффективности двухслойных двухрельефных микроструктур в рамках строгого анализа связанных волн / А.И. Антонов, Г.И. Грейсух // Компьютерная оптика. – 2025. – Т. 49, № 3. – С. 391-398. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1575.

Citation:
Antonov AI, Greisukh GI. Methodology for determining temperature dependences of the diffraction efficiency of two-layer two-relief microstructures in the framework of a rigorous coupled-wave analysis. Computer Optics 2025; 49(3): 391-398. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1575.

References:
  1. Tissot JL, Trouilleau C, Fieque B, Crastes A, Legras O. Uncooled microbolometer detector: Recent developments at Ulis. Opto-Electron Rev 2006; 14(1): 25-32. DOI: 10.2478/s11772-006-0004-2.
  2. Keskin S, Akin T. The first fabricated dual-band uncooled infrared microbolometer detector with a tunable micro-mirror structure. Proc SPIE 2012; 8353: 83531C. DOI: 10.1117/12.964551.
  3. Smith EM, Panjwani D, Ginn J, et al. Dual band sensitivity enhancements of a VOx microbolometer array using a patterned gold black absorber. Appl Opt 2016; 55(8): 2071-2078. DOI: 10.1364/AO.55.002071.
  4. GOST Р 58565-2019 (ISO 15902:2004). Optics and photonics. Diffractive optics. Vocabulary, MOD [In Russian]. Moscow: "Standardinform" Publisher; 2019.
  5. Greisukh GI, Levin IA, Ezhov EG. Design of ultra-high-aperture dual-range athermal infrared objectives. Photonics 2022; 9(10): 742. DOI: 10.3390/photonics9100742.
  6. Greysukh GI, Danilov VA, Ezhov EG, Antonov AI, Usievich BA. Diffractive elements in optical systems of middle and double IR range [In Russian]. Fotonika 2020; 14(2): 160-169. DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2020.14.2.160.169.
  7. Greisukh GI, Ezhov EG, Kazin SV, Sidyakina ZA, Stepanov SA. Visual assessment of the influence of adverse diffraction orders on the quality of image formed by the refractive-diffractive optical system. Computer Optics 2014; 38(3): 418-424. DOI: 10.18287/0134-2452-2014-38-3-418-424.
  8. Moharam MG, Gaylord TK. Diffraction analysis of dielectric surface-relief gratings. J Opt Soc Am 1982; 72(10): 1385-1392. DOI: 10.1364/josa.72.001385.
  9. Moharam MG, Grann EB, Pommet DA, Gaylord TK. Formulation for stable and efficient implementation of the rigorous coupled-wave analysis of binary gratings. J Opt Soc Am 1995; 12(5): 1068-1076. DOI: 10.1364/josaa.12.001068.
  10. Li L. Formulation and comparison of two recursive matrix algorithms for modeling layered diffraction gratings. J Opt Soc Am 1996; 13(6): 1024-1035. DOI: 10.1364/josaa.13.001024.
  11. Antonov AI, Greisukh GI. Approach for finding amplitudes of the transmitted diffraction orders in the framework of a rigorous coupled-wave analysis and its application in the study of three-layer sawtooth microstructures. Proc SPIE 2020; 11551: 115511C. DOI: 10.1117/12.2572287.
  12. Antonov AI, Greisukh GI, Ezhov EG, Techniques for speeding up algorithms for implementing rigorous coupled-wave analysis. Proc SPIE 2024; 12972: 129720H. DOI: 10.1117/12.3021997.
  13. Moharam MG, Grann EB, Pommet DA, Gaylord TK. Stable implementation of the rigorous coupled-wave analysis for surface-relief gratings: enhanced transmittance matrix approach. J Opt Soc Am 1995; 12(5): 1077-1086. DOI: 10.1364/josaa.12.001077.
  14. Lalanne P, Silberstein E. Fourier-modal methods applied to waveguide computational problems. Opt Lett 2000; 25(15): 1092-1094. DOI: 10.1364/ol.25.001092.
  15. ZEMAX. 2023. Sourse: <https://www.ansys.com/products/optics/ansys-zemax-opticstudio>.
  16. Greisukh GI, Antonov AI, Ezhov EG, Danilov VA, Usievich BA. Conditions for minimizing the computational complexity of the RCWA calculation of the diffraction efficiency of sawtooth two-layer double-relief microstructures. Photonics 2023; 10(7): 794. DOI: 10.3390/photonics10070794.
  17. Greisukh GI, Danilov VA, Stepanov SA, Antonov AI, Usievich BA. Minimization of the total depth of internal saw-tooth reliefs of a two-layer relief-phase diffraction microstructure. Optics and Spectroscopy 2018; 124(1): 98-102. DOI: 10.1134/S0030400X18010071.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: journal@computeroptics.ru; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20