Моделювання та оптимізація спектральних коефіцієнтів шаруватих оптичних систем з неоднорідними границями

Abstract

Розглядаються методи математичного моделювання шаруватих оптичних систем, які знаходять широке застосування в таких областях високих технологій, як лазерна техніка, оптоелектроніка, телекомунікації. Спектральні коефіцієнти шаруватих оптичних систем визначаються за допомогою матричного методу Абеле. Першочерговим завданням при конструюванні таких систем є забезпечення максимальної селективності та експлуатаційної надійності при використанні мінімальної кількості тонкоплівкових шарів. Проведено моделювання впливу неоднорідностей на границі розділу та нанодефектів плівок на спектральні характеристики різних оптичних фільтрів. Досліджено динаміку зміни просторово-поляризаційних параметрів вузькосмугових, відрізаючих та широкосмугових оптичних фільтрів при падінні світла під кутом. Пропонується модель, яка найбільш ефективно апроксимує дисперсію показника заломлення. Пропонується модель структури дефектного шару, досліджується вплив нанодефектів залежно від їхньої природи, розмірів і положень на спектральні коефіцієнти досліджуваної багатошарової оптичної системи. Для синтезу оптичних фільтрів використовуються методи гладкої та негладкої оптимізації (r-алгоритм Шора). При проєктуванні оптичних фільтрів пропонується двоетапний метод. Він дозволяє враховувати часткову неоднорідність, дисперсію показника заломлення, мас-транспорт, нанодефекти, оксидацію та стійкість до технологічних похибок. Для дослідження стійкості спектральних характеристик використовується метод Монте-Карло. Розглядаються підходи, які дозволяють прискорити знаходження розв’язків в задачах синтезу оптичних покриттів. Це використання аналітичної похідної (пришвидшений варіант), табуляція значень, швидке множення матриць та використання ефективного методу при одновимірній оптимізації. Запропоновано вибір початкових наближень для ефективного розв’язання задачі синтезу оптичних фільтрів. За допомогою запропонованих методів покращено спектральні характеристики існуючих широкосмугових інтерференційних фільтрів.