Анализ энергетических характеристик вогнутых дифракционных решеток при дифракции сферической волны

• Автор: Кулакова, Незиле Ахметовна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 137 с. : ил.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДИФРАКЦИОННЫХ
РЕШЕТОК И ТИПЫ МУЛЬТИПЛЕКСОРОВ/ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРОВ С ДИФРАКЦИОННЫМИ РЕШЕТКАМИ
1Л. Методы расчета эффективности плоской решетки
1Л Л. Методы расчета эффективности решетки в скалярной области
1Л Л Л Лучевой метод расчета эффективности плоской решетки
1ЛЛ.2. Волновой метод (метод Кирхгофа)
1 Л.2. Метод Релея
1Л .3. Методы расчета эффективности решетки в электромагнитной области
1.1.3.1. Численные методы анализа дифракции на решетке
1.1.3.1.1. Интегральные методы анализа дифракции на решетке
1.1.3.1.2. Дифференциальные методы анализа дифракции
1.1.3.2. Численно-аналитические методы расчета эффективности
1.1.3.2.1. Метод полуобращения
1.1.3.2.2. Метод факторизации
1.1.3.2.3. Модифицированный метод вычетов
1.2. Методы расчета эффективности вогнутых решеток
1.2.1. Лучевые методы расчета эффективности вогнутой решетки в скалярной области
1.2.2. Интегральная эффективность вогнутой решетки
в скалярной области
1.2.3. Расчет эффективности вогнутой решетки в электромагнитной области
1.3. Сравнение методов расчета эффективности вогнутой решетки
1.4. Спектральное уплотнение каналов в волоконно-оптических линиях связи
1.4.1. Типы мультиплексоров/демультиплексоров
1.4.2. Мультиплексоры/демультиплексоры на основе вогнутой решетки
1.5. Выводы
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИФРАКЦИИ СВЕТА
НА ВОГНУТОЙ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКЕ ДЛЯ ТОЧЕЧНЫХ ИСТОЧНИКА И ПРИЕМНИКА
2.1. Описание метода элементарных решеток
2.2. Вывод формулы угла падения и дифракции на элементарную решетку
по апертуре вогнутой решетки
2.3. Вывод формулы для расчета длины рабочей грани штриха
в случае вогнутой решетки с учетом затенения
2.4. Выводы

ГЛАВА 3. РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДИФРАКЦИОННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ВОГНУТОЙ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ
ЗЛ. Формулы расчета эффективности вогнутой решетки
в лучевом приближении
3.2. Интегральный метод расчета эффективности вогнутой решетки
3.2.1. Метод решения
3.2.2.Построение алгоритма расчета эффективности элементарной решетки
3.3. Построение алгоритма расчета эффективности вогнутой решетки
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ВОГНУТОЙ РЕШЕТКИ
4.1. Распределение эффективности по апертуре вогнутой решетки
4.2. Распределение эффективности вогнутой решетки
по длинам волн
4.2.1. Распределение эффективности по длинам волн в скалярной
области
4.2.2. Распределение эффективности по длинам волн в электромагнитной области
4.2.3. Сопоставление эффективностей вогнутых решеток треугольного
и синусоидального симметричного профилей штрихов
4.3. Применение распределения эффективности вогнутой решетки
при оптимизации ее параметров
4.4. Выводы
ГЛАВА 5. МЕТОДИКА РАСЧЁТА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ МУЛЬТИПЛЕКСОРОВ/ДЕМУЛЬТИПЛЕКСОРОВ С РЕШЕТКАМИ
5.1. Мультиплексоры/демультиплексоры с плоскими и вогнутыми решетками
5.2. Методика оценки энергетических потерь мультиплексоров/ демультиплексоров с плоскими и вогнутыми решетками
5.3. Результаты анализа энергетических потерь мультиплексоров/ демультиплексоров с плоскими и вогнутыми решетками
5.3.1. Одномодовые десятиканальные мультиплексоры/демультиплексоры
на область спектра 1.24-1.33 мкм
5.3.2. Одномодовые десятиканальные мультиплексоры/демультиплексоры
на область спектра 1.53-1.570533 мкм
5.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Отражательные вогнутые дифракционные решетки (ВДР) широко используются в спектральных приборах, предназначенных для проведения исследований в научных и промышленных лабораториях. Они упрощают конструкцию приборов, объединяя функции диспергирующего и фокусирующего элементов. Для эффективного применения ВДР в конкретных оптических устройствах необходимо знание не только их аберрационных характеристик, но и энергетических. Теоретические исследования энергетических характеристик ВДР необходимы при создании новых типов решеток, совершенствовании технологии их изготовления. В настоящее время решена задача дифракции на ВДР и возможно проведение расчетов дифракционной эффективности (ДЭ) ВДР для падающего излучения с плоским волновым фронтом, что соответствует падению на ВДР параллельного пучка лучей. В устройствах, где ВДР освещаются расходящимся пучком, угол падения пучков на рабочие грани штрихов и, соответственно, положение максимума концентрации энергии от решетки меняется по ширине решетки. Вследствие этого каждый участок ВДР дает максимум концентрации в определенную область спектра. Представляет интерес исследование ДЭ ВДР для случая дифракции сферической волны как в скалярной об-

ласти, определяемой неравенством 0 < — < 0.2, Я -длина волны падающего излучения, с! - период ВДР, так и в электромагнитной области, определяемой не-Я
равенством 0.2 < — < 2, где учитывается поляризация падающего излучения
Разработка метода решения задачи дифракции на вогнутой решетке для сферической волны и создание на его основе методики расчета энергетических характеристик ВДР является актуальной задачей.
Как пример использования методики рассмотрен расчет энергетических характеристик оптических устройств уплотнения со спектральным разделением каналов на основе ВДР. Эти устройства находят широкое применение в различных областях вычислительной техники и систем телекоммуникаций. Элемента-

требуется предварительного преобразования излучения. В гибридном варианте есть проблема стыковки волокна с волноводом. Объемные устройства состоят из оптических элементов, технология изготовления которых разработана достаточно хорошо.
Основные требования, предъявляемые к МП/ДМГТ, осуществляющим спектральное уплотнение - разуплотнение, состоят, главным образом, в малых энергетических потерях, простоте эксплуатации и малых размерах. Этим условиям в наибольшей степени удовлетворяют устройства, где в качестве диспергирующего и фокусирующего элементов используется ВДР. Эффективность данных устройств определяется качеством фокусировки изображения, дифракционными потерями на ВДР, потерями на оптических элементах и стыках.