Спектральная И Угловая Зависимости Эффективности Трехслойных Рельефно-Фазовых Дифракционных Элементов ИК Диапазона

Abstract

Поступила в редакцию 27.02.2018 г.В рамках скалярной и строгой теории дифракции, основанной на решении системы уравнений Максвелла, проведено исследование пилообразных рельефно-фазовых трехслойных микроструктур, рассчитанных на работу с полихроматическим излучением среднего ИК диапазона (3 ≤ λ ≤ 5 µm). Расширен ряд эффективных микроструктур, скомпонованных из различных оптических материалов, и минимизированы глубины их рельефов. Ряд расширен, в частности, за счет микроструктур, у которых френелевские потери на отражение от обоих рельефов не превышают 10%. Этот фактор в совокупности с относительно небольшой суммарной глубиной рельефов может оказаться определяющим при выборе той или иной микроструктуры для решения конкретной научной или технической задачи. ВведениеСнижение дифракционной эффективности (ДЭ) ди-фракционных оптических элементов (ДОЭ) при измене-нии длины волны и угла падения излучения на элемент является одним из наиболее серьезных факторов, сдер-живающих использование таких элементов в изобража-ющих, фокусирующих и др. оптических системах.Спектральная и угловая зависимости эффективности трехслойных рельефно-фазовых дифракционных опти-ческих элементов, рассчитанных на видимое излуче-ние, достаточно хорошо изучены. Так, в работах [1-5] в рамках скалярной теории дифракции (СТД) полу-чены выражения для ДЭ трехслойных пилообразных рельефно-фазовых микроструктур, предложены методы выбора оптических материалов и компоновки таких микроструктур, а также получения оптимальных глубин пилообразных микрорельефов (рис. 1).Показано, что при соответствующем выборе трех оптических материалов и приемлемых (с практической точки зрения) оптимальных глубинах рельефов в пре-делах видимого спектрального диапазона (0.4 µm≤ λ ≤ ≤ 0.7 µm) и в интервале углов падения излучения из воздуха на микроструктуру (−30• ≤ θ ≤ 30 • ) мини-мальная ДЭ в первом рабочем порядке, полученная в рамках СТД, η S,min ≥ 0.95. Более того, если допустить, чтобы суммарная глубина рельефов h = h 1 + h 2 не пре-вышала 37 µm, то, как показано в [5], можно подобрать комбинацию оптических материалов, обеспечивающих η S,min ≥ 0.95 в интервале углов падения излучения из воздуха на микроструктуру −70• ≤ θ ≤ 70• . К сожале-нию, полученные в рамках СТД и приведенные выше интервалы углов падения излучения существенно пре-вышают реально достижимые, которые прогнозируются строгой теорией дифракции, основанной на решении системы уравнений Максвелла с соответствующими граничными условиями. Действительно, отношение до-пустимых углов падения излучения, прогнозируемых СТД -θ и строгой теорией дифракции -, лежит в диапазоне 1.3 ≤ θ/ ≤ 1.7 [5].Интерес к использованию ДОЭ в приборах ИК диа-пазона обусловил исследования, направленные на созда-Рис. 1. Трехслойная пилообразная рельефно-фазовая микро-структура. 57