Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона

Предмет и цель работы: Для дальнейшего освоения терагерцевого диапазона частот требуется развитие и совершенствование источников излучения, способных работать в этом диапазоне. Одними из немногочисленных источников терагерцевого излучения являются субмиллиметровые лазеры. В качестве выходных зеркал...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2018
Main Authors:	Дзюбенко, М.И., Маслов, В.А., Одаренко, Е.Н., Радионов, В.П.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Радіоастрономічний інститут НАН України 2018
Series:	Радиофизика и радиоастрономия
Subjects:	Антенны, волноводная и квазиоптическая техника
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150200
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона / М.И. Дзюбенко, В.А. Маслов, Е.Н. Одаренко, В.П. Радионов // Радиофизика и радиоастрономия. — 2018. — Т. 23, № 4. — С. 302-312. — Бібліогр.: 24 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-150200
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1502002025-02-09T15:58:59Z Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона Перспективи використання градієнтних решіток в лазерах терагерцового діапазону Prospects of the use of gradient grates in the lasers of terahertz range Дзюбенко, М.И. Маслов, В.А. Одаренко, Е.Н. Радионов, В.П. Антенны, волноводная и квазиоптическая техника Предмет и цель работы: Для дальнейшего освоения терагерцевого диапазона частот требуется развитие и совершенствование источников излучения, способных работать в этом диапазоне. Одними из немногочисленных источников терагерцевого излучения являются субмиллиметровые лазеры. В качестве выходных зеркал таких лазеров широко используются металлические периодические структуры. Преимуществом периодической структуры является то, что путем подбора ее параметров можно обеспечить оптимальный коэффициент пропускания выходного зеркала и требуемую поляризацию лазерного излучения. Для снижения дифракционных потерь и уменьшения расходимости выходного лазерного пучка часто требуется применять вогнутые зеркала в лазерном резонаторе. Однако такие зеркала значительно дороже и сложнее в изготовлении, чем плоские. Особенно сложно выполнить периодическую структуру с неплоской подложкой. Целью работы является исследование плоских градиентных металлических решеток, обладающих свойствами сферических зеркал и линз одновременно. Предмет і мета роботы: Для подальшого освоєння терагерцового діапазону частот потрібен розвиток і вдосконалення джерел випромінювання, здатних працювати в цьому діапазоні. Одними з нечисленних джерел терагерцового випромінювання є субміліметрові лазери. У якості вихідних дзеркал таких лазерів широко використовуються металеві періодичні структури. Перевагою періодичної структури є те, що шляхом підбору її параметрів можна забезпечити оптимальний коефіцієнт пропускання вихідного дзеркала і необхідну поляризацію лазерного випромінювання. Для зниження дифракційних втрат і зменшення розходження вихідного лазерного пучка часто необхідно застосовувати увігнуті дзеркала в лазерному резонаторі. Однак такі дзеркала є значно дорожчими і складнішими у виготовленні, ніж плоскі. Особливо складно виконати періодичну структуру з неплоскою підкладкою. Метою роботи є дослідження плоских градієнтних металевих решіток, що мають властивості сферичних дзеркал і лінз одночасно. Purpose: The improvement and development of terahertz radiation sources is required for the further development of the terahertz frequency range. Submillimeter lasers are one of the few sources of terahertz radiation. Metal periodic structures are often used as output mirrors of these lasers. The periodic structure advantage is that by selection of its parameters it is possible to provide the optimal transmittance of the output mirror and the required polarization of laser radiation. The use of concave mirrors in a laser cavity is often required to reduce the diffraction loss and to reduce the output laser beam divergence. However, such mirrors are much more expensive and more complicated in manufacture than the flat ones. The periodic structure with a non-flat substrate is particularly difficult to manufacture. The aim of this work is to study the flat gradient metal gratings that possess the properties of spherical mirrors and lenses simultaneously. 2018 Article Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона / М.И. Дзюбенко, В.А. Маслов, Е.Н. Одаренко, В.П. Радионов // Радиофизика и радиоастрономия. — 2018. — Т. 23, № 4. — С. 302-312. — Бібліогр.: 24 назв. — рос. 1027-9636 PACS number: 42.60.By DOI: https://doi.org/10.15407/rpra23.04.302 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150200 535.14, 537.862 ru Радиофизика и радиоастрономия application/pdf Радіоастрономічний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Антенны, волноводная и квазиоптическая техника Антенны, волноводная и квазиоптическая техника
spellingShingle	Антенны, волноводная и квазиоптическая техника Антенны, волноводная и квазиоптическая техника Дзюбенко, М.И. Маслов, В.А. Одаренко, Е.Н. Радионов, В.П. Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона Радиофизика и радиоастрономия
description	Предмет и цель работы: Для дальнейшего освоения терагерцевого диапазона частот требуется развитие и совершенствование источников излучения, способных работать в этом диапазоне. Одними из немногочисленных источников терагерцевого излучения являются субмиллиметровые лазеры. В качестве выходных зеркал таких лазеров широко используются металлические периодические структуры. Преимуществом периодической структуры является то, что путем подбора ее параметров можно обеспечить оптимальный коэффициент пропускания выходного зеркала и требуемую поляризацию лазерного излучения. Для снижения дифракционных потерь и уменьшения расходимости выходного лазерного пучка часто требуется применять вогнутые зеркала в лазерном резонаторе. Однако такие зеркала значительно дороже и сложнее в изготовлении, чем плоские. Особенно сложно выполнить периодическую структуру с неплоской подложкой. Целью работы является исследование плоских градиентных металлических решеток, обладающих свойствами сферических зеркал и линз одновременно.
format	Article
author	Дзюбенко, М.И. Маслов, В.А. Одаренко, Е.Н. Радионов, В.П.
author_facet	Дзюбенко, М.И. Маслов, В.А. Одаренко, Е.Н. Радионов, В.П.
author_sort	Дзюбенко, М.И.
title	Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона
title_short	Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона
title_full	Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона
title_fullStr	Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона
title_full_unstemmed	Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона
title_sort	перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона
publisher	Радіоастрономічний інститут НАН України
publishDate	2018
topic_facet	Антенны, волноводная и квазиоптическая техника
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/150200
citation_txt	Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона / М.И. Дзюбенко, В.А. Маслов, Е.Н. Одаренко, В.П. Радионов // Радиофизика и радиоастрономия. — 2018. — Т. 23, № 4. — С. 302-312. — Бібліогр.: 24 назв. — рос.
series	Радиофизика и радиоастрономия
work_keys_str_mv	AT dzûbenkomi perspektivyispolʹzovaniâgradientnyhrešetokvlazerahteragercevogodiapazona AT maslovva perspektivyispolʹzovaniâgradientnyhrešetokvlazerahteragercevogodiapazona AT odarenkoen perspektivyispolʹzovaniâgradientnyhrešetokvlazerahteragercevogodiapazona AT radionovvp perspektivyispolʹzovaniâgradientnyhrešetokvlazerahteragercevogodiapazona AT dzûbenkomi perspektivivikoristannâgradíêntnihrešítokvlazerahteragercovogodíapazonu AT maslovva perspektivivikoristannâgradíêntnihrešítokvlazerahteragercovogodíapazonu AT odarenkoen perspektivivikoristannâgradíêntnihrešítokvlazerahteragercovogodíapazonu AT radionovvp perspektivivikoristannâgradíêntnihrešítokvlazerahteragercovogodíapazonu AT dzûbenkomi prospectsoftheuseofgradientgratesinthelasersofterahertzrange AT maslovva prospectsoftheuseofgradientgratesinthelasersofterahertzrange AT odarenkoen prospectsoftheuseofgradientgratesinthelasersofterahertzrange AT radionovvp prospectsoftheuseofgradientgratesinthelasersofterahertzrange
first_indexed	2025-11-27T18:47:15Z
last_indexed	2025-11-27T18:47:15Z
_version_	1849970385594875904
fulltext	ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018302 Радіофізика і радіоастрономія. 2018, Т. 23, № 4, c. 302–312 © М. И. Дзюбенко, В. А. Маслов, Е. Н. Одаренко, В. П. Радионов, 2018 М. И. ДЗЮБЕНКО 1, 3, В. А. МАСЛОВ 2, Е. Н. ОДАРЕНКО 3, 2, В. П. РАДИОНОВ 1 1 Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины, ул. Ак. Проскуры, 12, г. Харьков, 61085, Украина E-mail: mid41@ukr.net, radion@ire.kharkov.ua 2 Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, пл. Свободы, 4, г. Харьков, 61022, Украина E-mail: v.a.maslov@karazin.ua 3 Харьковский национальный университет радиоэлектроники, пр-т. Науки, 14, г. Харьков, 61166, Украина E-mail: e.n.odarenko@gmail.com ÏÅÐÑÏÅÊÒÈÂÛ ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÈß ÃÐÀÄÈÅÍÒÍÛÕ ÐÅØÅÒÎÊ Â ËÀÇÅÐÀÕ ÒÅÐÀÃÅÐÖÅÂÎÃÎ ÄÈÀÏÀÇÎÍÀ Предмет и цель работы: Для дальнейшего освоения терагерцевого диапазона частот требуется развитие и совершен- ствование источников излучения, способных работать в этом диапазоне. Одними из немногочисленных источников терагерцевого излучения являются субмиллиметровые лазеры. В качестве выходных зеркал таких лазеров широко используются металлические периодические структуры. Преимуществом периодической структуры является то, что путем подбора ее параметров можно обеспечить оптимальный коэффициент пропускания выходного зеркала и тре- буемую поляризацию лазерного излучения. Для снижения дифракционных потерь и уменьшения расходимости выходно- го лазерного пучка часто требуется применять вогнутые зеркала в лазерном резонаторе. Однако такие зеркала значительно дороже и сложнее в изготовлении, чем плоские. Особенно сложно выполнить периодическую структуру с неплоской подложкой. Целью работы является исследование плоских градиентных металлических решеток, обладаю- щих свойствами сферических зеркал и линз одновременно. Методы и методология: Для решения проблемы фокусировки предложены плоские градиентные металлические решетки в виде концентрических колец с изменяющимися параметрами в радиальном направлении. В работе представлена методика моделирования фазовых характеристик таких кольцевых градиентных решеток. Проведено моделирование свойств кольцевой решетки, у которой расстояние между кольцами уменьшается в направлении от центра к краям. Результаты: В результате численного моделирования получена картина изменения фазового фронта волны, которая возникает при взаимодействии электромагнитного поля с градиентной решеткой. Рассмотренная решетка имеет свойства вогнутого зеркала и фокусирующей линзы одновременно. Такое сочетание свойств градиентных решеток, в случае использования их в качестве выходных зеркал резонатора, позволяет улучшить энергетические и простран- ственно-угловые характеристики выходного излучения терагерцевых лазеров. Заключение: Использование кольцевых градиентных решеток в качестве выходных зеркал терагерцевых лазеров дает возможность снизить дифракционные потери и уменьшить расходимость лазерного пучка, что позволяет повысить эффективность терагерцевых лазеров. Ключевые слова: терагерцевый диапазон, лазер, выходное зеркало резонатора, градиентные решетки DOI: https://doi.org/10.15407/rpra23.04.302 УДК 535.14, 537.862 PACS number: 42.60.By 1. Ââåäåíèå Терагерцевый диапазон (0.1 10 ТГц) в настоя- щее время активно осваивается в различных об- ластях науки, техники и медицины. В качестве источников излучения в этом диапазоне исполь- зуются субмиллиметровые лазеры, имеющие дли- ну волны от нескольких десятков до нескольких сотен микрометров. Это, в частности, газоразряд- ные лазеры и лазеры с оптической накачкой [1, 2]. Субмиллиметровые лазеры имеют ряд специфи- ческих особенностей, обусловленных соотноше- нием размеров резонатора с длиной волны излу- чения. Обычно поперечное сечение резонатора этих лазеров превышает длину волны примерно на два порядка. При таких сечениях лазерных пучков ярко проявляются волновые свойства из- лучения. Поэтому при их анализе целесообразно использовать принципы и методы квазиоптики. В субмиллиметровых лазерах применяются ре- зонаторы волноводного типа. Для вывода излуче- ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 303 Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона ния используются частично прозрачные выходные зеркала в виде периодических структур с перио- дом меньше длины волны. Они образованы ме- таллическими проводниками различных конфигу- раций. Важными достоинствами периодических структур являются широкий диапазон варьирова- ния коэффициента пропускания и возможность влиять на поляризационные и энергетические па- раметры лазерного излучения. Благодаря этим качествам периодические структуры стали наи- более предпочтительными для использования в качестве выходных зеркал лазеров терагерце- вого диапазона. Наиболее полно теоретически исследованы и чаще других применяются на практике перио- дические структуры, образованные параллель- ными проводниками [3, 4]. Такие одномерные периодические структуры позволяют получать линейно поляризованное лазерное излучение с направлением вектора поляризации электричес- кого поля, параллельным проводникам решетки (Е-поляризация). Линейно поляризованное излу- чение используется в различных измерительных устройствах, в частности в эллипсомметрах. Конструкции решеток разнообразны. Наиболее технологичной является металлическая решет- ка, выполненная на прозрачной диэлектрической подложке. На подложке можно выполнять струк- туры разнообразных конфигураций, например, в виде пересекающихся проводников или отдель- ных фрагментов [5, 6]. Разнообразие периоди- ческих структур влечет за собой расширение возможностей формирования требуемых пара- метров лазерного излучения. Особый интерес представляют периодические структуры в виде концентричных колец и радиальных полос [7], которые позволяют получать лазерное излучение с радиальной и азимутальной поляризациями. Такое излучение хорошо фокусируется, что по- лезно для лазерной сварки и перфорации мате- риалов. Важной особенностью периодических струк- тур является то, что они вносят фазовый сдвиг в отраженное и прошедшее сквозь них электромаг- нитное излучение. Величина фазового сдвига зависит от параметров периодической структу- ры – геометрических размеров проводников и расстояний между ними. Если параметры перио- дической структуры неодинаковы вдоль ее по- верхности, то это приводит к изменению фазово- го фронта электромагнитного излучения, взаимо- действующего с ней. Поэтому периодическая структура, выполненная на плоской поверхности, может приобретать свойства искривленных зер- кал и линз. Эти свойства проявляются в разнооб- разных градиентных решетках [8–17], которые относятся к категории метаматериалов. Такие свойства могут быть полезны при использовании градиентных решеток в качестве выходных зер- кал лазеров. Ведь в лазерах часто применяются сферические зеркала для достижения требуемой каустики резонатора и снижения дифракционных потерь излучения. В резонаторах лазеров тера- герцевого диапазона для снижения дифракцион- ных потерь используются сферические зеркала с большим радиусом кривизны (6 8 м при дли- не резонатора 1 м). Такие зеркала позволяют сни- зить потери не только в классических открытых резонаторах, но и в резонаторах волноводного типа, поскольку уменьшают негативное влияние неоднородностей волновода и зазоров между волноводом и зеркалами [18]. Однако сферичес- кие зеркала большого радиуса кривизны зна- чительно сложнее в изготовлении, чем плоские зеркала. Поэтому создание плоских частично про- зрачных зеркал, способных искривлять фазовый фронт электромагнитных волн, что присуще сфе- рическим зеркалам и линзам, является весьма актуальной задачей. Цель работы – исследование взаимодействия плоских градиентных металлических решеток с азимутально поляризованным электромагнитным излучением терагерцевого диапазона. 2. Ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ Ранее [19, 20] нами была предложена градиент- ная решетка (см. рис. 1.), состоящая из концент- рических металлических колец 1, размещенных на плоской прозрачной пластине 2. Период такой решетки изменяется в радиальном направлении с определенным шагом. Это приводит к измене- нию кривизны фазового фронта отраженных и про- шедших сквозь решетку электромагнитных волн. В зависимости от того, как изменяются пара- метры решетки в радиальном направлении, она может приобретать различные свойства, в том числе свойства вогнутых или выпуклых зеркал и одновременно фокусирующих или рассеиваю- щих линз. 304 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 М. И. Дзюбенко и др. Для создания и применения таких градиент- ных решеток необходимо было разработать ме- тодику моделирования изменений, вносимых эти- ми решетками в плоские фазовые фронты элек- тромагнитных волн. При этом целесообразно ис- пользовать уже имеющиеся и апробированные методики расчета параметров дифракционных решеток, образованных параллельными провод- никами, которые приведены во многих фунда- ментальных работах, в частности в работе [4]. Поскольку кольцевая решетка имеет осевую сим- метрию, максимальную информативность несет изменение фазового фронта отраженных и про- шедших волн в ее диаметральном сечении. Для расчета этих параметров нами было предло- жено рассматривать кольцевую решетку (рис. 2, а) как состоящую из отдельных секторов, в кото- рых проводники параллельны [21, 22]. При этом используются два диаметрально противополож- ных сектора (рис. 2, б). Условно считается, что длина проводников не ограничена (рис. 2, в). В этом случае может использоваться классичес- кая методика расчета коэффициентов отражения, пропускания и фазового сдвига для решеток, сос- тоящих из параллельных проводников. В кольцевых градиентных решетках может изменяться как расстояние между проводника- ми, так и их ширина либо и то и другое. Измене- ние каждого из этих двух параметров в разной мере влияет на прозрачность решетки и на вно- симый ею фазовый сдвиг [4]. Изменение рас- стояния между проводниками приводит к яр- ко выраженному изменению фазового сдвига. Поэтому для повышения иллюстративности из- менения фазовых фронтов без существенного усложнения расчетов в работе рассмотрен слу- чай, когда изменяется только расстояние между проводниками решетки при неизменной ширине колец. Период решетки уменьшается в направ- лении от центра к краям. При таком изменении периода решетки обладают свойствами вогну- Рис. 1. Градиентная металлическая решетка, состоящая из концентрических металлических колец Рис. 2. Модель для расчета (в), построенная на базе двух диаметрально противоположных секторов (б) кольцевой решетки (а) ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 305 Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона тых зеркал, что наиболее востребовано в лазер- ных резонаторах. Для определения формы фазового фронта вол- ны, отраженной от градиентной решетки, было проведено численное моделирование с использо- ванием метода FDTD (Finite-difference time- domain) [23], который представлен в свободно до- ступном пакете программ MЕЕР [24]. Такой метод обладает высокой иллюстративностью и достаточной точностью. На рис. 3 представлены схема двухмерной об- ласти расчета и соответствующая система коор- динат. Система является бесконечной в направле- нии оси Oz (перпендикулярно плоскости рисунка). Для исключения влияния отражений от границ расчетной области используются поглощающие граничные условия (PML). Горизонтальная стрел- ка показывает направление волнового вектора. Градиентная решетка расположена на поверхно- сти кварцевой подложки. В положительном на- правлении оси Ox на структуру падает плоская монохроматическая волна zE поляризации с дли- ной волны 337 мкм  (длина волны излучения газоразрядного HCN-лазера). Для обеспечения плоского фазового фронта падающей волны раз- мер источника излучения вдоль оси Oy выбран несколько большим, чем размер структуры. 3. Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ è èõ îáñóæäåíèå Моделирование проводилось для кольцевых ре- шеток диаметром 4 мм. Это примерно в десять раз меньше диаметра реальных зеркал, исполь- зуемых в HCN-лазерах. При таком малом диамет- ре зеркала удается получить наглядную картину искривления фазового фронта. Рассматривалась ре- шетка, которая имеет осевую симметрию и сос- тоит из металлических лент толщиной 0.5 мкм и шириной 20 мкм. Последовательность изменения периода решетки показана на рис. 4. Расстояние от центральной оси до ближайших лент состав- ляет 160 мкм. Расстояние между лентами умень- шается при удалении от центра решетки. Шаг уменьшения периода составляет 8 мкм. Размер ре- шетки вдоль оси Oy равен 4 мм. Решетка имеет 42 ленты (по 21 ленте по обе стороны от центра). В процессе численных расчетов определялись фаза и модуль электрической напряженности поля (компонента )zE в каждой точке области мо- делирования. После отражения плоской волны от поверхности градиентной решетки полное по- ле в расчетной области представляет собой су- перпозицию падающего и отраженного полей. Следовательно, сравнивая пространственное рас- пределение фазы электрического поля, отражен- ного от градиентной решетки, с фазой плоской волны, можно судить об изменении фазового фронта волны. На рис. 5, а представлены результаты расчета поля, рассеянного рассматриваемой градиентной решеткой. Вертикальной стрелкой указано рас- положение градиентной решетки. Для сравнения здесь приведено пространственное распределе- ние поля, отраженного от вогнутого металличес- Рис. 3. Схема области расчета модели градиентной решетки Рис. 4. Последовательность изменения периода градиентной решетки в радиальном направлении 306 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 М. И. Дзюбенко и др. кого зеркала с радиусом кривизны 60 ммR  (рис. 5, б). Как видно из рис. 5, наблюдается хо- рошее качественное соответствие распределений поля для структуры с градиентной решеткой и для металлического зеркала. Темные области ото- бражают противоположные фазы поля, а свет- лые – нулевую амплитуду поля. Изображения, представленные на рис. 5, соответствуют момен- ту времени, когда отраженная от структуры вол- на еще не достигла левой границы расчетной области. Поэтому вблизи этой границы видно про- странственное распределение поля плоской вол- ны, излучаемой источником. На рис. 6 представлены результаты расчета фазы поля при фиксированных значениях времени и координаты x (рис. 3). Расчетный момент вре- мени выбирался таким же, как и для построения изображения на рис. 5 (от расматриваемой струк- туры отразились неколько волн). Координата x (рис. 3) выбиралась в области существования па- дающей и отраженной волн. На рис. 6 по оси y отражены узлы расчетной сетки. Сплошная кри- вая 1 соответствует фазовому профилю поля, отра- женного от градиентной структуры. Штриховая 2 и пунктирная 3 кривые демонстрируют фазовый профиль полей, отраженных от металлических зер- кал с радиусами кривизны 30R  мм и 60R  мм соответственно. Вертикальные штрихпунктирные линии обозначают границы рассеивающей струк- туры (зеркала или градиентной решетки). Видно, что изменение радиуса кривизны ме- таллического зеркала приводит к существенным количественным изменениям пространственного распределения фазы поля. Вместе с тем каче- ственно его вид практически не изменяется. Естественно, что уменьшение радиуса кривизны зеркала приводит к более существенному искрив- лению фазового фронта отраженной волны. Результаты расчета для градиентной решетки хо- рошо совпадают с результатами, полученными Рис 5. Пространственное распределение электрического поля при падении плоских волн на градиентную металлическую решетку (а) и вогнутое металлическое зеркало (б) Рис. 6. Фазовый профиль поля отраженных волн при взаи- модействии излучения с исследуемой градиентной решеткой (кривая 1) и с вогнутыми металлическими зеркалами с ра- диусами кривизны 30 мм (кривая 2), 60 мм (кривая 3) ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 307 Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона для металлического зеркала с радиусом кривиз- ны 60 мм.R  Поскольку часть электромагнитной энергии проходит через решетку, интенсивность отражен- ного поля в этом случае оказывается меньше, чем для полностью отражающего металличес- кого зеркала. Кроме того, наблюдается запазды- вание фазового фронта в области центральной оси. Такое искривление фазового фронта соответст- вует искривлению, вносимому фокусирующей линзой. Следовательно, исследуемая градиент- ная решетка одновременно имеет свойства вог- нутого частично прозрачного зеркала для отра- женной волны и фокусирующей линзы для про- шедшей волны. Для сравнения искривления фа- зовых фронтов отраженных от решетки и про- шедших сквозь нее волн проведено моделирова- ние пространственного распределения поля для решетки без подложки (рис. 7). Искривление волновых фронтов отраженных и прошедших волн практически идентично. Такое сочетание свойств вогнутого зеркала и фокусирующей линзы может быть полезно при использовании градиентной ре- шетки в качестве выходного зеркала лазерного резонатора. Такое зеркало будет способствовать снижению дифракционных потерь в резонаторе и уменьшать дифракционную расходимость выход- ного пучка лазерного излучения. Очевидно, что при обратном изменении периода решетки (бо- лее густая в центре) она приобретет функции выпуклого зеркала и рассеивающей линзы. Изменение геометрических размеров решет- ки и ее периодичности приведет к изменению радиуса кривизны ее эквивалентной отражающей поверхности. Причем увеличивать радиус кри- визны эквивалентной отражающей поверхности можно без ограничений – до состояния плоского зеркала. Для этого нужно уменьшать изменение расстояний между кольцами в радиальном на- правлении. Предельным состоянием является кольцевая решетка с одинаковыми расстояниями между кольцами. На пути уменьшения радиуса кривизны эквивалентной отражающей поверхно- сти существуют ограничения. Посредством из- менения расстояния между кольцами максималь- ный фазовый сдвиг может быть получен в преде- лах от величины сдвига, вносимого сплошной металлической поверхностью, до отсутствия сдвига (в свободном пространстве). При одина- ковой разнице фазовых сдвигов на краях и в цен- тре кольцевой решетки большее искривление фазового фронта можно получить при меньшем наружном диаметре решетки. Таким образом, минимальные радиусы кривизны эквивалентной отражающей поверхности, обеспечивающие вы- сокую фокусирующую способность кольцевой градиентной решетки, можно получить при ма- лом ее диаметре. При увеличении наружного диаметра градиентной кольцевой решетки ее фо- кусирующие способности снижаются. В реаль- ных терагерцевых лазерах для снижения дифрак- ционных потерь вполне достаточно достижимой фокусировки. Тем более что при увеличении диф- ракционной расходимости, вызванной уменьше- нием апертуры пучка, одновременно увеличи- ваются фокусирующие возможности градиентных решеток вследствие уменьшения их диаметра. Однако если понадобится расширить границы фокусировки, можно использовать принцип, ле- жащий в основе линз Френеля. Для этого можно выполнить кольцевую градиентную решетку сек- ционированной – так, чтобы плавное изменение ее периода происходило в пределах повторяю- щихся концентрических групп колец. На рис. 8 показан пример такой решетки, состоящей из двух групп колец. Рис. 7. Пространственное распределение электрического поля при падении плоских волн на градиентную металлическую решетку, находящуюся в свободном пространстве 308 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 М. И. Дзюбенко и др. Моделирование фазовых фронтов для секцио- нированных градиентных решеток производится аналогичным образом. На рис. 9 приведена пос- ледовательность изменения периода секциониро- ванной кольцевой градиентной решетки, состоя- щей из двух групп колец. На рис. 10 представлены результаты модели- рования пространственного распределения поля, рассеянного градиентной решеткой, состоящей из двух групп колец. При взаимодействии излучения с секциониро- ванной кольцевой градиентной решеткой удает- ся получить большее искривление волнового фронта, особенно в центральной части решетки. Однако при этом наблюдаются фазовые неодно- родности волновых фронтов на стыке кольцевых групп и требуются дополнительные меры по их согласованию. Осуществление секционирования кольцевых градиентных решеток расширяет воз- можности формирования разнообразных конфи- гураций пучка электромагнитного излучения. 4. Âûâîäû В результате проведенных исследований установ- лено, что плоские круговые градиентные решет- ки, коэффициент заполнения которых увеличи- вается в направлении от центра к краям, одно- временно выполняют функции вогнутых зеркал и фокусирующих линз. Сочетание таких свойств открывает перспективы для использования этих решеток в качестве выходных зеркал терагер- цевых лазеров. Такие зеркала позволяют гене- рировать лазерное излучение с азимутальной поляризацией и обеспечивать требуемую каус- тику резонатора. Это в свою очередь приводит к снижению дифракционных потерь в резонато- ре и компенсации дифракционной расходимости выходного пучка лазерного излучения. Задавая различную последовательность изменения пери- одичности кольцевой решетки, можно получать большое разнообразие форм эквивалентных отра- жающих поверхностей и фокусирующих (рассеи- вающих) линз. Диапазон варьирования сочетаний Рис. 8. Секционированная градиентная решетка Рис. 9. Последовательность изменения периода секционированной кольцевой градиентной решетки, состоящей из двух групп колец ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 309 Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона фокусирующих (рассеивающих) свойств градиен- тных решеток и коэффициентов их отражения (пропускания) может быть расширен путем сек- ционировния градиентных решеток и изменения как расстояния между проводниками, так и их ширины. Область применения рассмотренных гра- диентных решеток, как и прочих периодических структур, не ограничивается терагерцевым диа- пазоном. Тенденция миниатюризации лазерной техники и совершенствование технологии изго- товления периодических структур открывают ши- рокие возможности применения квазиоптичес- ких принципов и в лазерах других диапазонов. Градиентные периодические структуры могут найти применение не только в лазерах, а и в раз- личных областях науки и техники. В частности, плоские кольцевые периодические структуры, имеющие свойства неплоской отражающей по- верхности, могут использоваться в качестве рефлекторов антенн. Такие компактные рефлек- торы могут применяться в различных мобиль- ных носителях, в том числе и в космосе, напри- мер в радиотелескопах. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 01. Дзюбенко М. И., Каменев Ю. Е., Радионов В. П. Газо- разрядные лазеры терагерцевого диапазона. Радиофи- зика и электроника. 2017. Т. 22. № 3. С. 58–80. DOI: 10.15407/rej2017.03.058 02. Дегтярев А. В., Маслов В. А., Топков А. Н. Глава 11. Лазеры терагерцового диапазона с оптической накачкой. Генерация и усиление сигналов терагерцового диапа- зона: коллективная монографія. Под ред. А. Е. Хра- мова, А. Г. Баланова, В. Д. Еремки, В. Е. Запевалова, А. А. Короновского. Саратов, Россия: Саратовский гос. техн. ун-т, 2016. С. 404–459. 03. Вайнштейн Л. А. К электродинамической теории ре- шеток. Ч. 1. Идеальная решетка в свободном прост- ранстве. Электроника больших мощностей. Москва: Изд-во АН СССР, 1963. T. 2. С. 26–56. 04. Шестопалов В. П., Кириленко А. А., Масалов С. А., Сиренко Ю. К. Резонансное рассеяние волн. Дифрак- ционные решетки. Т. 1. Киев: Наукова думка, 1986. 227 с. 05. Baron T., Euphrasie S., Mbarek S. B., Vairac P., and Cre- tin B. Design of metallic mesh absorbers for high band- width electromagnetic waves. Prog. Electromagn. Res. C. Vol. 8, pp. 135–147. DOI: 10.2528/PIERC09052204 06. Weitz D. A., Skocpol W. J., and Tinkham M. Capacitive- mesh output couplers for optically pumped far-infrared lasers. Opt. Lett. 1978. Vol. 3, Is. 1. P. 13–15. DOI: 10.1364/ OL.3.000013 07. Gurin О. V., Degtyarev А. V., Legenkyi M. N., Маslov V. А., Svich V. А., Senyuta V. S., and Тоpkov А. N. Generation of transverse modes with azimuthal polarization in a tera- hertz band waveguide laser. Telecommunications and Ra- dio Engineering. 2014, Vol. 73, Is. 20. P. 1819–1830. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v73.i20.30 08. Шматько А. А. Электронно-волновые системы милли- метрового диапазона. Том 1. Харьков: ХНУ имени В. Н. Каразина, 2008. 464 с. 09. Егоров М. Б., Шматько А. А. Рассеяние поля линей- ного распределенного источника на нерегулярной ре- шетке в волноводе с произвольным законом изменения ее параметров. Доклады АН УССР. Сер. А. 1987. № 6. С. 42–45. 10. Gan Q., Fu Z., Ding Y. J., and Bartoli F. J. Ultrawide- bandwidth slow-light system based on THz plasmonic gra- ded metallic grating structures. Phys. Rev. Lett. 2008. Vol. 100, Is. 25. id. 256803. DOI: 10.1103/PhysRev- Lett.100.256803 11. Xu Y., Fu Y., and Chen H. Steering light by a sub-wave- length metallic grating from transformation optics. Sci. Rep. 2015. Vol. 5, id. 12219. DOI: 10.1038/srep12219 12. Verslegers L., Catrysse P. B., Yu Z., White J. S., Bar- nard E. S., Brongersma M. L., and Fan S. Planar len- ses based on nanoscale slit arrays in a metallic film. Nano Lett. 2009. Vol. 9, Is. 1. P. 235–238. DOI: 10.1021/ nl802830y 13. Xu Y., Fu Y., and Chen H. Planar gradient metamaterials. Nat. Rev. Mat. 2016. Vol. 1, id. 16067. DOI: 10.1038/natrev- mats.2016.67 14. Feng D. and Zhang C. Optical focusing by planar lenses based on nano-scale metallic slits in visible regime. Phys. Procedia. 2011. Vol. 22. P. 428–434. DOI: 10.1016/j.phpro. 2011.11.067 Рис. 10. Пространственное распределение поля, рассеянно- го секционированной кольцевой градиентной решеткой, со- стоящей из двух групп колец 310 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 М. И. Дзюбенко и др. 15. Lin H. and Huang C.-S. Linear variable filter based on a gradient grating period guided-mode resonance filter. IEEE Photonics Technol. Lett. 2016. Vol. 28, Is. 9. P. 1042–1045. DOI: 10.1109/LPT.2016.2524655 16. Shi H., Wang C., Du C., Luo X., Dong X., and Gao H. Beam manipulating by metallic nano-slits with variant widths. Opt. Exp. 2005. Vol. 13, Is. 18. P. 6815–6820. DOI: 10.1364/OPEX.13.006815 17. Chen M., Fan F., Xu S.-T., and Chang S.-J. Artificial high birefringence in all-dielectric gradient grating for broadband terahertz waves. Sci. Rep. 2016. Vol. 6, id. 38562. DOI: 10.1038/srep38562 18. Gurin O. V., Degtyarev A. V., Maslov V. A., Ryabykh V. N., and Topkov A. V. Terahertz laser waveguide resonators with internal spherical mirrors. Telecommunications and Radio Engineering. 2016. Vol. 75, No. 18. P. 1665–1677. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v75.i18.60 19. Dzyubenko M. I., Maslov V. A., and Radionov V. P. Applying of the flat circular metal gratings as spherical output mirrors of terahertz lasers. Proceedings of the 9th International Kharkiv Symposium on Physics and Engi- neering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves (MSMW). (20-24 June, 2016. Kharkiv). Kharkiv, Ukraine, 2016. DOI: 10.1109/MSMW.2016.7538117 20. Патент України №115126 від 10.04.2017 на корисну модель. Дзюбенко М. І., Маслов В. О., Радіонов В. П. Азимутальне вихідне дзеркало лазерного резонатора. Бюл. № 7, 2017. 21. Dzyubenko M. I., Radionov V. P., Maslov V. A., and Odarenko E. N. Plane circular gradient grating that com- bines the functions of a spherical mirror and a focusing lens. Proceedings of the IEEE Microwaves, Radar and Remote Sensing Symposium (MRRS). (29-31 August, 2017. Kiev). Kiev, Ukraine, 2017. P. 139–142. DOI: 0.1109/ MRRS.2017.8075047 22. Dzyubenko M. I., Maslov V. A., Odarenko E. N, and Radionov V. P. Planar Gradient Metamaterial with the Properties of Spherical Partially Transparent Terahertz Mirror. Proceedings of the Second International Confe- rence on Information and Telecommunication Technologies and Radio Electronics (UkrMiCo’2017). (September 11–15, 2017. Odesa). Odesa, Ukraine, 2017. P. 189–192. 23. Taflove A. and Hagness S. C. Computational Electro- dynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method. Norwood, MA, USA: Artech House, Ink., 2000. 24. Oskooi A. F., Roundy D., Ibanescu M., Bermel P., Joan- nopoulos J. D., and Johnson S. G. MEEP: A flexible free- software package for electromagnetic simulations by the FDTD method. Comput. Phys. Commun. 2010. Vol. 181, Is. 3. P. 687–702. DOI: 10.1016/j.cpc.2009.11.008 REFERENCES 01. DZYUBENKO, M. I., KAMENEV, YU. E. and RADIO- NOV, V. P., 2017. Gas-discharge lasers of the terahertz range Radiophys. Electron. vol. 22, no. 3, рр. 58–80. (in Russian). DOI: 10.15407/rej2017.03.058 02. DEGTYAREV, A. V., MASLOV, V. A. and TOPKOV, A. N., 2016. Lasers of terahertz range with optical pumping. Chapter 11. In: A. E. HRAMOV, A. G. BALANOV, V. D. EREMKA, V. E. ZAPEVALOV and A. A. KORONOVS- KIY, eds. Generation and amplification of terahertz range signals: collective monograph. Saratov, Russia: Saratov State Technical University Publ. pp. 404–459. (in Russian). 03. VAYNSHTEYN, L. A., 1963. To the electrodynamic theory of gratings. Part 1. The ideal grating in free space. In: High Power Electronics. Moscow, Russia: AS USSR Publ. vol. 2, рр. 26–56. (in Russian). 04. SHESTOPALOV, V. P., KIRILENKO, A. A., MASA- LOV, S. A. and SIRENKO, YU. K., 1986. Resonance scat- tering of waves. Diffraction gratings. Vol. 1. Kiev, Ukraine: Naukova dumka Publ. (in Russian). 05. BARON, T., EUPHRASIE, S., MBAREK, S. B., VAI- RAC, P. and CRETIN, B., 2009. Design of metallic mesh absorbers for high bandwidth electromagnetic waves. Prog. Electromagn. Res. C. vol. 8, pp. 135–147. DOI: 10.2528/ PIERC09052204 06. WEITZ, D. A., SKOCPOL, W. J. and TINKHAM, M., 1978. Capacitive-mesh output couplers for optically pum- ped far-infrared lasers. Opt. Lett. vol. 3, is. 1, pp. 13–15. DOI: 10.1364/OL.3.000013 07. GURIN, О. V., DEGTYAREV, А. V., LEGENKYI, M. N., МАSLOV, V. А., SVICH, V. А., SENYUTA, V. S. and ТОP- KOV, А. N., 2014. Generation of transverse modes with azimuthal polarization in a terahertz band waveguide laser. Telecommunications and Radio Engineering. vol. 73, is. 20, pp. 1819–1830. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v73.i20.30 08. SHMAT’KO, A. A., 2008. Millimeter-wave electron wave systems. Volume 1. Kharkiv, Ukraine: V. N. Karazin Kharkiv National University Publ. (in Russian). 09. EGOROV, M. B. and SHMAT’KO, A. A., 1987. Scattering of the field of a linear distributed source on an irregu- lar array in a waveguide with an arbitrary law of variation of its parameters. Reports of the Academy of Sciences of the Ukrainian SSR. Ser. A. no. 6, pp. 42–45. (in Russian). 10. GAN, Q., FU, Z., DING, Y. J. and BARTOLI, F. J., 2008. Ultrawide-bandwidth slow-light system based on THz plas- monic graded metallic grating structures. Phys. Rev. Lett. vol. 100, is. 25, id. 256803. DOI: 10.1103/Phys RevLett.100.256803 11. XU, Y., FU, Y. and CHEN, H., 2015. Steering light by a sub-wavelength metallic grating from transformation optics. Sci. Rep. vol. 5, id. 12219. DOI: 10.1038/srep12219 12. VERSLEGERS, L., CATRYSSE, P. B., YU, Z., WHITE, J. S., BARNARD, E. S., BRONGERSMA, M. L. and FAN, S., 2009. Planar lenses based on nanoscale slit arrays in a me- tallic film. Nano Lett. vol. 9, is. 1, pp. 235–238. DOI: 10.1021/nl802830y 13. XU, Y., FU, Y. and CHEN, H., 2016. Planar gradient metamaterials. Nat. Rev. Mat. vol. 1, id. 16067. DOI: 10.1038/natrevmats.2016.67 14. FENG, D. and ZHANG, C., 2011. Optical focusing by planar lenses based on nano-scale metallic slits in visible regime. Phys. Procedia. vol. 22, pp. 428–434. DOI: 10.1016/j.phpro.2011.11.067 15. LIN, H. and HUANG, C.-S., 2016. Linear variable filter based on a gradient grating period guided-mode resonan- ce filter. IEEE Photonics Technol. Lett. vol. 28, is. 9, pp. 1042–1045. DOI: 10.1109/LPT.2016.2524655 16. SHI, H., WANG, C., DU, C., LUO, X., DONG, X. and GAO, H., 2005. Beam manipulating by metallic nano- slits with variant widths. Opt. Exp. vol. 13, is. 18, pp. 6815–6820. DOI: 10.1364/OPEX.13.006815 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 311 Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона 17. CHEN, M., FAN, F., XU, S.-T. and CHANG, S.-J., 2016. Artificial high birefringence in all-dielectric gradient grating for broadband terahertz waves. Sci. Rep. vol. 6, id. 38562. DOI: 10.1038/srep38562 18. GURIN, O. V., DEGTYAREV, A. V., MASLOV, V. A., RYABYKH, V. N. and TOPKOV, A. V. 2016. Terahertz laser waveguide resonators with internal spherical mirrors. Telecommunications and Radio Engineering. vol. 75, is. 18, pp. 1665–1677. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v75.i18.60. 19. DZYUBENKO, M. I., MASLOV, V. A. and RADIO- NOV, V. P., 2016. Applying of the flat circular metal gra- tings as spherical output mirrors of terahertz lasers. In: 9th International Kharkiv Symposium on Physics and En- gineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves (MSMW) Proceedings. Kharkiv, Ukraine, 20-24 June, 2016. DOI: 10.1109/MSMW.2016.7538117 20. DZYUBENKO, M. I., MASLOV, V. A. and RADIO- NOV, V. P., 2017. Azimuthal output mirror of the laser cavity. Ukraine Patent No. 115126. 21. DZYUBENKO, M. I., RADIONOV, V. P., MASLOV, V. A. and ODARENKO, E. N., 2017. Plane circular gradient gra- ting that combines the functions of a spherical mirror and a focusing lens. In: IEEE Microwaves, Radar and Remote Sensing Symposium (MRRS) Proceedings. Kiev, Ukraine, 29-31 August, 2017. pp. 139–142. DOI: 0.1109/MRRS. 2017.8075047 22. DZYUBENKO, M. I., MASLOV, V. A., ODARENKO, E. N and RADIONOV, V. P., 2017. Planar Gradient Metamate- rial with the Properties of Spherical Partially Transparent Terahertz Mirror. In: Second International Conference on Information and Telecommunication Technologies and Ra- dio Electronics (UkrMiCo’2017) Proceedings. Odesa, Uk- raine, September 11–15, 2017. pp. 189–192. 23. TAFLOVE, A. and HAGNESS, S. C., 2000. Computatio- nal Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Domain Method. Norwood, MA, USA: Artech House, Ink. 24. OSKOOI, A. F., ROUNDY, D., IBANESCU, M., BER- MEL, P., JOANNOPOULOS, J. D. and JOHNSON, S. G., 2010. MEEP: A flexible free-software package for electro- magnetic simulations by the FDTD method. Comput. Phys. Commun. vol. 181, is. 3, pp. 687–702. DOI: 10.1016/ j.cpc.2009.11.008 М. І. Dzyubenko 1, 3, V. A. Maslov 2, E. N. Odarenko 3, 2, and V. P. Radionov 1 1 O. Ya. Usikov Institute for Radiophysics and Electronics, National Academy of Sciences of Ukraine, 12, Ac. Proskura St., Kharkiv, 61085, Ukraine 2 V. N. Karazin Kharkiv National University, 4, Svoboda Sq., Kharkiv, 61022, Ukraine 3 Kharkiv National University of Radio Electronics, 14, Nauka Ave., Kharkiv, 61166, Ukraine PROSPECTS OF THE USE OF GRADIENT GRATES IN THE LASERS OF TERAHERTZ RANGE Purpose: The improvement and development of terahertz ra- diation sources is required for the further development of the terahertz frequency range. Submillimeter lasers are one of the few sources of terahertz radiation. Metal periodic structures are often used as output mirrors of these lasers. The periodic struc- ture advantage is that by selection of its parameters it is possible to provide the optimal transmittance of the output mirror and the required polarization of laser radiation. The use of conca- ve mirrors in a laser cavity is often required to reduce the dif- fraction loss and to reduce the output laser beam divergence. However, such mirrors are much more expensive and more com- plicated in manufacture than the flat ones. The periodic struc- ture with a non-flat substrate is particularly difficult to manu- facture. The aim of this work is to study the flat gradient metal gratings that possess the properties of spherical mirrors and lenses simultaneously. Design/methodology/approach: Flat gradient metal gratings in the form of concentric rings with varying parameters in the radial direction are proposed for solving the focusing problem. The technique for modeling the phase characteristics of such annular gradient gratings is given. Simulation of the properties of a ring grating in which the distance between the rings decreases in the direction from the center to the edges is carried out. Findings: The image of the change in the wave phase front which occurs when an electromagnetic field interacts with a gradient grating is obtained as a result of numerical simulation. The gra- ting considered has the properties of a concave mirror and a focusing lens simultaneously. Such combination of gradient gratings properties allows to use them as output mirrors of tera- hertz lasers. This allows us to improve the energy and spatial- angular characteristics of the output radiation of terahertz lasers. Сonclusions: Using the circular gradient gratings as output mir- rors of terahertz lasers makes it possible to reduce the diffrac- tion losses and divergence of the laser beam that allows to in- crease the efficiency of terahertz lasers. Key words: terahertz range, laser, output mirror of a laser cavity, gradient gratings М. І. Дзюбенко 1, 3, В. О. Маслов 2, Є. М. Одаренко 3, 2, В. П. Радіонов 1 1 Інститут радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України, вул. Ак. Проскури, 12, м. Харків, 61085, Україна 2 Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, м. Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна 3 Харківський національний університет радіоелектроніки, пр-т. Науки, 14, м. Харків, 61166, Україна ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ ГРАДІЄНТНИХ РЕШІТОК В ЛАЗЕРАХ ТЕРАГЕРЦОВОГО ДІАПАЗОНУ Предмет і мета роботы: Для подальшого освоєння тера- герцового діапазону частот потрібен розвиток і вдоскона- лення джерел випромінювання, здатних працювати в цьо- му діапазоні. Одними з нечисленних джерел терагерцового випромінювання є субміліметрові лазери. У якості вихід- них дзеркал таких лазерів широко використовуються мета- леві періодичні структури. Перевагою періодичної струк- тури є те, що шляхом підбору її параметрів можна забезпе- 312 ISSN 1027-9636. Радіофізика і радіоастрономія. Т. 23, № 4, 2018 М. И. Дзюбенко и др. чити оптимальний коефіцієнт пропускання вихідного дзер- кала і необхідну поляризацію лазерного випромінювання. Для зниження дифракційних втрат і зменшення розходжен- ня вихідного лазерного пучка часто необхідно застосовува- ти увігнуті дзеркала в лазерному резонаторі. Однак такі дзеркала є значно дорожчими і складнішими у виготовленні, ніж плоскі. Особливо складно виконати періодичну струк- туру з неплоскою підкладкою. Метою роботи є досліджен- ня плоских градієнтних металевих решіток, що мають влас- тивості сферичних дзеркал і лінз одночасно. Методи і методологія: Для вирішення проблеми фокусу- вання запропоновано плоскі градієнтні металеві решітки у вигляді концентричних кілець зі змінними параметрами в радіальному напрямку. У роботі надається методика моде- лювання фазових характеристик таких кільцевих градієнт- них решіток. Виконано моделювання властивостей кільцевої решітки, у якій відстань між кільцями зменшується в на- прямку від центру до країв. Результати: В результаті числового моделювання отри- мано картину зміни фазового фронту хвилі, яка виникає при взаємодії електромагнітного поля з градієнтною ре- шіткою. Розглянута решітка має властивості увігнутого дзеркала і фокусуючої лінзи одночасно. Таке поєднання властивостей градієнтних решіток, у разі використання їх у якості вихідних дзеркал резонатора, дозволяє поліпшити просторово-кутові характеристики випромінювання терагер- цевих лазерів. Висновок: Використання кільцевих градієнтних решіток у якості вихідних дзеркал терагерцових лазерів дає можливість знизити дифракційні втрати та зменшити розходження ла- зерного пучка, що дозволяє підвищити ефективність тера- герцових лазерів. Ключові слова: терагерцовий діапазон, лазер, вихідне дзер- кало резонатора, градієнтні решітки Статья поступила в редакцию 21.08.2018

Перспективы использования градиентных решеток в лазерах терагерцевого диапазона

Institution

Similar Items