Субволновая фокусировка света с помощью диэлектрических элементов микрооптики

• Автор: Стафеев, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Модификация метода ГБТБ для цилиндрической системы координат (ВОЯ-ГОТБ)
1.1. Конечно-разностные схемы для уравнений Максвелла в цилиндрической системе координат
1.2. Разностные схемы для линейной поляризации
1.3. Разностные схемы для азимутальной поляризации
1.4. Разностные схемы для радиальной поляризации
1.5. Особенность вычисления поля на оптической оси
1.6. Граничные условия в виде поглощающих слоев
1.7. Расчет средней интенсивности поля
1.8. Выводы к главе
Глава 2. Применение радиального метода ГБТБ для численного
моделирования дифракции лазерного излучения на элементах микрооптики
2.1. Рефракционные микролинзы
2.1.1. Плосковыпуклая микролинза
2.1.2. Двояковыпуклая микролинза
2.2. Бинарная зонная пластинка
2.2.1. Сравнение с формулами Ричардса-Вольфа
2.2.2. Сравнение ВОЯ-ГОТБ -метода с 30 ГБТО-методом, реализованным в программе БиПлуауе
2.3.Острая фокусировка радиально-поляризованного света с помощью микроаксикона
2.3.1. Рефракционный конический микроаксикон
2.3.1.1. Моделирование фокусировки ВОК-ГБТБ-методом

2.3.1.2. Минимальное фокусное пятно вблизи поверхности
микроаксикона
2.3.1.3. Сравнение с программой БиИме
2.3.1.4. Аналитическое решение для рефракционного аксикона
2.3.2. Бинарный микроаксикон
2.3.3. Дифракционный логарифмический микроаксикон
2.4. Цилиндрическая градиентная гиперболическая секансная микролинза
2.5. Выводы к главе
Глава 3. Экспериментальное исследование субволновой фокусировки
лазерного света
3.1. Фокусировка с помощью бинарных микроаксиконов с периодами 4, 6 и 8 микрометров
3.1.1. Изготовление бинарных микроаксиконов
3.1.2. Экспериментальные результаты
3.1.3. Теоретическая оценка диаметра фокусного пятна
3.1.3.1. Параксиальная оценка диаметра осевого пучка
3.1.3.2. Оценка диаметра осевого пучка как моды волновода
3.1.3.3. Непараксиальные выражения для осевой интенсивности
3.1.4. Моделирование фокусировки БЭТО-методом
3.2. Бинарный микроаксикон с периодом 800нм
3.3. Бинарные зонные пластинки
3.4. Выводы к главе
Заключение
Список цитируемой литературы

Введение
Исследования по фокусировке света имеют долгую историю и связаны с именами таких известных ученых как Аббе, Эйри, лорд Рэлей. Впервые вопросом размера фокусного пятна заинтересовался Эйри в 1835 году [1]. Исследуя изображения, полученные с помощью телескопов, он показал, что размер изображения излучающего объекта (в данном случае звезды) не может быть меньше
где/- фокусное расстояние телескопа, В - диаметр апертуры телескопа, X -длина волны света, испускаемого звездой. Введя понятие числовой апертуры ИА телескопа

МА = — (2)

уравнение (1) может быть переписано в более употребительной на сегодняшний день форме:
А = 1,22——— (3)

Причину возникновения дифракционного предела Эйри объяснял тем, что свет излученный звездой представляет собой сферическую волну, в то время как свет этой же звезды, но фокусируемый линзой представляет собой «усеченную» сферическую волну. Вот в этой неизбежной потере части волнового фронта Эйри и видел возникновение в фокальной плоскости пятен с шириной не меньше дифракционного предела.
Функция распределения интенсивности от усеченной сферической волны в фокальной плоскости в настоящее время носит название диска Эйри, она имеет вид (2/(у)/у)2, где Р=кгп8та, где к=2п/Х - волновое число, X -длина волны, п - показатель преломления среды, а - половина апертурного
Для цилиндрической системы координат сетка Уее имеет вид, представленный на рисунке 1.1.
2 ' 11(1+1/2,1+1)
+1> I Е#+1АЦ+11е*(мЛ+1)
Рисунок 1.1. Сетка с половинным шагом Уее в цилиндрической системе
координат
Для системы уравнений (1.33) получим следующую разностную схему: