Методика определения температурных зависимостей дифракционной эффективности двухслойных двухрельефных микроструктур в рамках строгого анализа связанных волн
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 3 т.49, 2025 года.
Бесплатный доступ
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.
Похожие статьи в разделе Электротехника
Короткий адрес: https://sciup.org/140310482
IDS: 140310482 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1575
Methodology for determining temperature dependences of the diffraction efficiency of two-layer two-relief microstructures in the framework of a rigorous coupled-wave analysis
Aiming to calculate the diffraction efficiency of diffractive optical elements with a two-layer microstructure and two internal sawtooth reliefs within the framework of the rigorous electromagnetic theory of diffraction, we propose an approach that involves calculating the efficiency of the element as a whole through the efficiency of each zone of the microstructure separately. This approach is a basis for a DE calculation method, which takes into account the normalized area of each zone of a two-layer microstructure, the temperature dependences of the depths of both reliefs and their refractive indices, as well as the local mutual displacement of the microstructure layers due to a difference in the thermal expansion coefficients of their materials. We present a mathematical apparatus of the proposed technique that minimizes the computational complexity and demonstrates its effectiveness by the example of calculating the diffraction efficiency of the diffractive element of an ultra-high-aperture refractive-diffraction athermal dual-band infrared lens. We show that due to variations in the operating temperature (from –40°C to + 60°C), the diffraction efficiency drops by no more than 7% over the entire operating spectral range (3.5 – 5.2 μm; 7.5 – 11.4 μm) with permissible angles of light incidence on the microstucture ranging from –14° to +14°.
