СИНТЕЗ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДИФРАКЦИОННЫХ РЕШЕТОК ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО СЛОЖЕНИЯ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ (2021)
Статья посвящена синтезу многослойных диэлектрических отражательных дифракционных решеток, с высокой эффективностью обеспечивающих спектральное сложение пучков с различной длиной волны в заданном дифракционном порядке. Приводятся результаты решения задачи синтеза многослойных диэлектрических дифракционных решеток, обеспечивающих спектральное сложение в первом или минус первом порядке дифракции. Кроме того, решается задача синтеза для таких решеток с учетом возможных технологических ограничений на высоту профиля (глубину травления). Решение задачи синтеза проводится путем минимизации зависящего от параметров решетки целевого функционала методом Нелдера-Мида. Решение прямой задачи на каждом шаге минимизации осуществляется при помощи комбинации неполного метода Галеркина и метода матриц рассеяния.
Идентификаторы и классификаторы
- eLIBRARY ID
- 46575188
Спектральное сложение пучков [1–3] является одним из наиболее эффективных методов увеличения мощности лазеров, в первую очередь — волоконных лазеров [4–6]. При спектральном сложении увеличение мощности выходного излучения обеспечивается за счет пространственного наложения пучков с различной длиной волны. Такой подход является достаточно простым для технической реализации и в то же время позволяет сохранить высокое качество выходного пучка. Основным оптическим элементом, обеспечивающим спектральное сложение пучков, является дифракционная решетка (как правило, отражательная, реже — пропускающая): падающие на решетку под различными углами пучки с различной длиной волны после дифракции на ней распространяются в одном и том же направлении, соответствующем дифракционному порядку с некоторым заранее выбранным отличным от нуля номером. При этом решетка должна обладать высокой дифракционной эффективностью, т.е. обеспечивать высокий коэффициент отражения или пропускания падающего излучения в нужный дифракционный порядок, а также иметь высокий порог разрушения под воздействием лазерного излучения [7, 8]. Уменьшить возможное воздействие лазерного излучения на решетку можно за счет использования диэлектрических материалов для ее изготовления [9].
Список литературы
- E. J. Bochove, “Theory of Spectral Beam Combining of Fiber Lasers”, IEEE J. Quantum Electron. 38 (5), 432-445 (2002). DOI: 10.1109/3.998614
- S. J. Augst, A. K. Goyal, R. L. Aggarwal, et al., “Wavelength Beam Combining of Ytterbium Fiber Lasers”, Opt. Lett. 28 (5), 331-333 (2003). DOI: 10.1364/OL.28.000331
- T. H. Loftus, A. M. Thomas, P. R. Hoffman, et al., “Spectrally Beam-Combined Fiber Lasers for High-Average-Power Applications”, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 13 (3), 487-497 (2007). DOI: 10.1109/JSTQE.2007.896568
- R. Paschotta, J. Nilsson, A. C. Tropper, and D. C. Hanna, “Ytterbium-Doped Fiber Amplifiers”, IEEE J. Quantum Electron. 33 (7), 1049-1056 (1997).doi. DOI: 10.1109/3.594865
- S. Fu, W. Shi, Y. Feng, et al., “Review of Recent Progress on Single-Frequency Fiber Lasers”, J. Opt. Soc. Am. B: Opt. Phys. 34 (3), A49-A62 (2017). DOI: 10.1364/JOSAB.34.000A49 EDN: YXZFLB
- T. Theeg and T. Pulzer, “High Power Fiber Arrays for Spectral and Coherent Beam Combining of Fiber Laser and Amplifier”, Proc. SPIE 11539 (2020). DOI: 10.1117/12.2581107
- I. Kim, S. So, J. Mun, et al., “Optical Characterizations and Thermal Analyses of HfO_2/SiO_2 Multilayered Diffraction Gratings forHigh-Power Continuous Wave Laser”, J. Phys. Photonics 2 (2020). DOI: 10.1088/2515-7647/ab7b0f
- H. Wang, Y. Song, Y. Yang, et al., “Simulation and Experimental Study of Laser-Induced Thermal Deformation of Spectral Beam Combination Grating”, Opt. Express 28 (22), 33334-33345 (2020). DOI: 10.1364/OE.408832
- J. Neauport, E. Lavastre, G. Razé, et al., “Effect of Electric Field on Laser Induced Damage Threshold of Multilayer Dielectric Gratings”, Opt. Express 15 (19), 12508-12522 (2007). DOI: 10.1364/OE.15.012508
-
M. D. Perry, R. D. Boyd, J. A. Britten, et al., "High-Efficiency Multilayer Dielectric Diffraction Gratings", Opt. Lett. 20 (8), 940-942 (1995). DOI: 10.1364/OL.20.000940
-
H. Wei and L. Li, "All-Dielectric Reflection Gratings: A Study of the Physical Mechanism for Achieving High Efficiency", Appl. Opt. 42 (31), 6255-6260 (2003). DOI: 10.1364/AO.42.006255 EDN: XQQFUB
-
A. G. Sveshnikov, "The Incomplete Galerkin Method", Dokl. Akad. Nauk SSSR 236 (5), 1076-1079 (1977) [Sov. Math. Dokl. 18, 1331-1334 (1977)].
-
L. Li, "Formulation and Comparison of Two Recursive Matrix Algorithms for Modeling Layered Diffraction Gratings", J. Opt. Soc. Am. A: Opt. Image Sci. Vis. 13 (5), 1024-1035 (1996). DOI: 10.1364/JOSAA.13.001024
-
L. Li, "Note on the S-matrix propagation algorithm", J. Opt. Soc. Am. A: Opt. Image Sci. Vis. 20 (4), 655-660 (2003). DOI: 10.1364/JOSAA.20.000655
-
P. A. Kuchment, "Floquet Theory for Partial Differential Equations", Usp. Mat. Nauk 37 (4), 3-52 (1982) [Russ. Math. Surv. 37 (4), 1-60 (1982)]. EDN: ZFXPSN
-
A. A. Petukhov, "Joint Application of the Incomplete Galerkin Method and Scattering Matrix Method for Modeling Multilayer Diffraction Gratings", Mat. Model. 25 (6), 41-53 (2013) [Math. Models Comput. Simul. 6 (1), 92-100 (2014)]. EDN: RXPQVR
-
Ch. Palmer, Diffraction Grating Handbook (MKS Instruments, Rochester, 2020).
-
D. Himmelblau, Applied Nonlinear Programming (McGraw-Hill, New York, 1972; Mir, Moscow, 1975).
Выпуск
Методы и алгоритмы вычислительной математики и их приложения.
Параллельные программные средства и технологии.
Другие статьи выпуска
HPC systems are complex in architecture and contain millions of components. To ensure reliable operation and efficient output, functioning of most subsystems should be supervised. This is done on the basis of collected data from various logging and monitoring systems. This means that different data sources are used, and accordingly, data analysis can face multiple issues processing this data. Some of the data subsets can be incorrect due to the malfunctioning of used sensors, monitoring system data aggregation errors, etc. This is why it is crucial to preprocess such monitoring data before analyzing it, taking into the consideration the analysis goals. The aim of this paper is, being based on the MSU HPC Center monitoring data, to propose an approach to data preprocessing of HPC monitoring systems, giving some real life examples of issues that may be faced, and recommendations for further analysis of similar datasets.
Исследованы возможности численного метода коллокации и наименьших квадратов (КНК) на примерах кусочно-полиномиального решения задачи Дирихле для уравнений Пуассона и типа диффузии-конвекции с особенностями в виде больших градиентов и разрыва решения на границах раздела двух подобластей. Предложены и реализованы новые hp-варианты метода КНК, основанные на присоединении внутри области малых и/или вытянутых нерегулярных ячеек, отсекаемых криволинейной границей раздела от исходных прямоугольных ячеек сетки, к соседним самостоятельным ячейкам. Выписываются с учетом особенности условия согласования между собой кусков решения в ячейках, примыкающих с разных сторон к границе раздела. Проведено сравнение результатов, полученных методом КНК и другими высокоточными методами. Показаны преимущества и достоинства метода КНК. Для ускорения итерационного процесса применены современные алгоритмы и методы: предобуславливание; свойства локальной системы координат в методе КНК; ускорение, основанное на подпространствах Крылова; операция продолжения на многосеточном комплексе; распараллеливание. Исследовано влияние этих способов на количество итераций и время расчетов при аппроксимации полиномами различных степеней.
Рассматривается численное моделирование газодинамических процессов, сопровождающих формирование и распространение вихревых колец, получаемых при помощи поршневого генератора. Обсуждается влияние характеристик вихревого кольца на перенос пассивной примеси. Для численных расчетов применяются нестационарные уравнения Навье—Стокса, для дисукретизации которых применяется метод конечных объемов. Результаты численного моделирования позволяют получить геометрические и динамические характеристики вихревого кольца, которые соответствуют автомодельному теории вихревого кольца и экспериментальным данным. Помимо традиционных подходов к визуализации вихревых течений, основанных на построении линий уровня различных характеристик потока, для визуализации вихревых структур применяются инварианты тензора градиента скорости и метод показателей Ляпунова на конечном промежутке времени.
Издательство
- Издательство
- МГУ
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- оссийская Федерация, 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1
- Юр. адрес
- оссийская Федерация, 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1
- ФИО
- Садовничий Виктор Антонович (РЕКТОР)
- E-mail адрес
- info@rector.msu.ru
- Контактный телефон
- +7 (495) 9391000
- Сайт
- https://msu.ru/