Оптимизация, изготовление и исследование кремниевой бинарной субволновой цилиндрической линзы терагерцового диапазона
Автор: Харитонов Сергей Иванович, Павельев Владимир Сергеевич, Казанский Николай Львович, Стрелков Юрий Станиславович, Тукмаков Константин Николаевич, Решетников Антон Сергеевич, Ганчевская София Владиславовна, Герасимов Василий Валерьевич, Князев Борис Александрович
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 1 т.47, 2023 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрена задача оптимизации и изготовления субволновой бинарной цилиндрической пропускающей дифракционной линзы с фокусным расстоянием f = 300 мм для длины волны λ = 141 мкм. В качестве материала подложки дифракционной линзы использовался высокоомный кремний. Расчётное значение угла падения освещающего пучка составляло π /6. Параметрами оптимизации были выбраны высота профиля дифракционной линзы и коэффициент заполнения штриха. Главной целью оптимизации конструкции было увеличение дифракционной эффективности линзы. Расчёт дифракционной эффективности дифракционной линзы осуществлялся методом Фурье-мод. Дифракционная линза изготовлена методом плазмохимического травления (Бош-процесс) поверхности кремниевой подложки. Оценка дифракционной эффективности рассчитанной линзы составила e = 70 %. Однако экспериментально измеренная дифракционная эффективность была значительно меньше расчётной. В статье приведён анализ снижения дифракционной эффективности, связанного с 1) технологическими погрешностями формирования дифракционного микрорельефа; 2) деструктивной интерференцией излучения в случае отсутствия учёта толщины кремниевой подложки при расчёте микрорельефа. Приведены рекомендации по расчёту микрорельефа с учётом толщины подложки.
Бинарная линза, субволновый микрорельеф, терагерцовое излучение, дифракционные оптические элементы
Короткий адрес: https://sciup.org/140296264
IDR: 140296264 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1194
Список литературы Оптимизация, изготовление и исследование кремниевой бинарной субволновой цилиндрической линзы терагерцового диапазона
- Kulipanov GN, Bagryanskaya EG, Chesnokov EN, Chopo-rova YuYu, Gerasimov VV, Getmanov YaV, Kiselev SL, Knyazev BA, Kubarev VV, Peltek SE, Popik VM, Sali-kova TV, Scheglov MA, Seredniakov SS, Shevchenko OA, Skrinsky AN, Veber SL, Vinokurov NA. Novosibirsk free electron laser-facility description and recent experiments. IEEE Trans Terahertz Sci Technol 2015; 5(5): 798-809. DOI: 10.1109/TTHZ.2015.2453121.
- Walsby ED, Wang S, Xu J, Yuan T, Blaikie R, Durbin SM, Zhang X-C, Cumming DRS. Multilevel silicon dif-fractive optics for terahertz waves. J Vac Sci Technol B 2002; 20(6): 2780-2783. DOI: 10.1116/1.1518021.
- Agafonov AN, Volodkin BO, Kaveev AK, Knyazev BA, Kropotov GI, Pavel'ev VS, Soifer VA, Tukmakov KN, Tsygankova EV, Choporova YuYu. Silicon diffractive optical elements for high-power monochromatic terahertz radiation. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing 2013; 49(2): 189-195. DOI: 10.3103/S875669901302012X.
- Komlenok MS, Kononenko TV, Konov VI, Choporova YuYu, Osintseva ND, Knyazev BA, Pavelyev VS, Tukma-kov KN, Soifer VA. Silicon diffractive optical element with piecewise continuous profile to focus high-power terahertz radiation into a square area. J Opt Soc Am B 2021; 38(8): B9-B13. DOI: 10.1364/JOSAB.425286.
- Kononenko TV, Knyazev BA, Sovyk DN, Pavelyev VS, Komlenok MS, Komandin GA, Konov VI. Silicon kinoform cylindrical lens with low surface roughness for high-power terahertz radiation. Opt Laser Technol 2020; 123: 105953. DOI: 10.1016/j.optlastec.2019.105953.
- Agafonov AN, Knyazev BA, Pavelyev VS, Akhmetova EI, Platonov VI. Elements of the terahertz power reflective optics with free-form surfaces. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing 2019; 55(2): 148-153. DOI: 10.3103/S8756699019020067.
- Agafonov AN, Volodkin BO, Kachalov DG, Knyazev BA, Kropotov GI, Tukmakov KN, Pavelyev VS, Tsypishka DI, Choporova YuYu, Kaveev AK. Focusing of Novosibirsk Free Electron Laser (NovoFEL) radiation into paraxial segment. J Mod Opt 2016; 63(11): 1051-1054. DOI: 10.1080/09500340.2015.1118163.
- Pavelyev VS, Choporova YuYu, Osintseva ND, Tukmakov KN, Knyazev BA. Control of transverse mode content and polarization structure of terahertz coherent beams. Computer Optics 2019; 43(6): 1103-1108. DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-6-1103-1108.
- Pavelyev VS, Degtyarev SA, Tukmakov KN, Reshetnikov AS, Knyazev BA, Choporova YuYu. Silicon subwave-length axicons for terahertz beam polarization transformation. J Phys Conf Ser 2021; 1745: 012022. DOI: 10.1088/1742-6596/1745/1/012022.
- Rogalin V, Kaplunov I, Kropotov G. Optical materials for the THz range. Opt Spectrosc 2018; 125: 1053-1064. DOI: 10.1134/S0030400X18120172.
- Komlenok MS, Volodkin BO, Knyazev BA, Kononenko VV, Kononenko TV, Konov VI, Pavelyev VS, Soifer VA, Tukmakov KN, Choporova YuYu. Fabrication of a multilevel THz Fresnel lens by femtosecond laser ablation. Quantum Electron 2015; 45(10): 933-936. DOI: 10.1070/QE2015v045n10ABEH015890.
- Volkov AV, Kazanskiy NL, Soifer VA, Usplenyev GV. Technology of DOE fabrication. In Book: Soifer VA, ed. Methods of computer optics [In Russian]. Moscow: "Fiz-matlit" Publisher; 2000: 239-310.
- Soifer VA, ed. Diffraction nanophotonics [In Russian]. Moscow: "Fizmatlit" Publisher; 2011. ISBN: 978-5-92211237-6.
- Doskolovich LL Calculation of diffraction gratings within the framework of a rigorous electromagnetic theory [In Russian]. Samara: Samara State University Publishing House; 2007. ISBN: 978-5-7883-0607-0.
- Doskolovich LL, Kharitonov SI, Kazansky NL, Tulupova EA, Skuratov SA. Asymptotic solutions of the Helmholtz equation for pseudoperiodic structures. Computer Optics 2005; 27: 50-55.
- Doskolovich LL, Tyavin EV. Designing binary diffraction gratings with etching wedge. Computer Optics 2005; 27: 17-20.
- Savelyev DA. The comparison of laser radiation focusing by diffractive axicons and annular gratings with variable height using high-performance computer systems. 2021 Photonics & Electromagnetics Research Symposium (PIERS) 2021: 2709-2716. DOI: 10.1109/PIERS53385.2021.9694860.
