Голографические фотонные структуры в наноструктурированных материалах.-2
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»
(ТУСУР)
С.Н. Шарангович
«ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ ФОТОННЫЕ
СТРУКТУРЫ В НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ
МАТЕРИАЛАХ»
Учебное методическое пособие по практическим занятиям и самостоятельной работе
2018
2
УДК 621.396.22.0297[621.315.2:621.39]
Рецензенты:
Горлов Н.И., д-р техн. наук, проф., зав. каф. линий связи Сибирского гос. ун-та телекоммуникаций и информатики;
Коханенко А.П., д-р физ.-мат. наук, проф. каф. квантовой электроники и оптоинформатики Том. гос. ун-та.
Шарангович С.Н.
Голографические фотонные структуры в наноструктурированных материалах. Учебное методическое пособие по практическим занятиям и самостоятельной работе. – Томск : Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2018. – 55 с.
Представлены методические материалы по проведению практических занятий и самостоятельной работе студентов по моделированию процессов формирования и дифракционных характеристик одномерных и двумерных голографических фотонных структур в фотополимерных материалах.
Предназначено для студентов технических вузов, обучающихся по направлению 11.04.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (дисциплина «Голографические фотонные структуры в наноструктурированных материалах») .
УДК 621.396.22.0297[621.315.2:621.39]
ББК
|
Томск. гос. ун-т систем упр. и |
|
радиоэлектроники, 2018 |
ISBN |
Шарангович С.Н. 2018 |
3
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………… 4
1.Практическое занятие №1 Расчет кинетики формирования голографических фотонных структур в линейном режиме записи………………………. 5
2.Практическое занятие №2 Расчет амплитуд пространственных Фурье-
гармоник голографических фотонных структур в нелинейном режиме за-
писи…………………………………………………………………………..… 16
3.Практическое занятие №3 Расчет дифракционных характеристик одномерных голографических фотонных структур ………………………..…….. 35
4.Практическое занятие №4 Моделирование процессов формирования и дифракционных характеристик двумерных голографических фотонных
структур. |
44 |
4
ВВЕДЕНИЕ
В данном учебном методическом пособии представлены методические материалы по проведению практических занятий и самостоятельной работе студентов по моделированию процессов формирования и дифракционных характеристик одномерных и двумерных голографических фотонных структур в фотополимерных материалах, которые дополняют материалы теоретической части курса «Голографические фотонные структуры в наноструктурированных материалах» [1].
Первый раздел пособия посвящен расчетам кинетик формирования голо-
графических фотонных структур в линейном режиме записи. Второй раздел посвящен описанию расчетов амплитуд пространственных Фурье-гармоник го-
лографических фотонных структур в фотополимерных материалах в нелиней-
ном режиме записи. Третий раздел посвящен описанию расчетов дифракцион-
ных характеристик одномерных голографических фотонных структур. Четвер-
тый раздел посвящен описанию моделирования процессов формирования и дифракционных характеристик двумерных голографических фотонных струк-
тур. В каждом разделе представлены задания и описаны методические реко-
мендации по выполнению растетных работ, В конце каждого раздела приведен список использованной литературы.
Пособие предназначено для студентов очной формы обучения техниче-
ских вузов старших курсов, обучающихся по направлению 11.04.02 «Инфоком-
муникационные технологии и системы связи» (дисциплина «Голографические фотонные структуры в наноструктурированных материалах»).
5
1. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1 РАСЧЕТ КИНЕТИКИ
ФОРМИРОВАНИЯ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ФОТОННЫХ СТРУКТУР В ЛИНЕЙНОМ РЕЖИМЕ ЗАПИСИ
СОДЕРЖАНИЕ
1.Исходные данные…………………………………………..……………….. 6
2.Основные задачи на исследование ………………………….……….......... 6
3.Порядок выполнения работы…………………………………………….. 7
4.Содержание отчета….……………………………………………….…….. 15
5.Список литературы………………………………………………………….. 15
6
1. .Исходные данные
Дано: Фотополимерный материал с толщиной d, в котором записывается одномерная голографическая фотонная структура излучением с длиной волны= 633 нм в линейном режиме.
В таблице 1.1 приведены исходные данные, заданные преподавателем.
Таблица 1.1 – Исходные данные для расчетного задания
|
|
|
|
Отношение време- |
|
|
|
|
|
Поглощение |
|
|
Тол- |
|
|
Число за- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Время |
|
|
фотополи- |
|
|
|
|
|
|
Число учи- |
|
||||
|
№ ва- |
|
|
ни полимеризации к |
|
|
|
|
|
|
щина |
|
|
писываю- |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
записи |
|
|
мерного |
|
|
|
|
|
|
тываемых |
|
|||||
|
рианта |
|
|
времени диффузии |
|
|
|
|
|
|
ФПМ d, |
|
|
щих пучков |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
ГДС t, с |
|
|
композита α, |
|
|
|
|
|
|
гармоник H |
|
|||||
|
|
|
|
= / |
|
|
|
|
|
|
мкм |
|
|
h |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Неп |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
0,1; 1; |
5 |
|
0 - 100 |
|
0 |
|
40 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
2 |
|
0,1; 1; |
5 |
|
0 - 100 |
|
1 |
|
40 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
3 |
|
0,1; 1; |
5 |
|
0 - 100 |
|
2 |
|
40 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
4 |
|
0,1; 1; |
5 |
|
0 - 100 |
|
3 |
|
40 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
5 |
|
0,1; 1; |
5 |
|
0 - 100 |
|
0 |
|
45 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
6 |
|
0,2; 2; |
5 |
|
0 - 100 |
|
1 |
|
45 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
7 |
|
0,2; 2; |
5 |
|
0 - 100 |
|
2 |
|
45 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
8 |
|
0,2; 2; |
5 |
|
0 - 100 |
|
3 |
|
45 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
9 |
|
0,3; 1; |
5 |
|
0 - 100 |
|
0 |
|
50 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
10 |
|
0,3; 1; |
5 |
|
0 - 100 |
|
1 |
|
50 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
11 |
|
0,3; 1; |
5 |
|
0 - 100 |
|
2 |
|
50 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
12 |
|
0,3; 1; |
5 |
|
0 - 100 |
|
3 |
|
50 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
13 |
|
0,1; 1; |
5 |
|
0 - 100 |
|
0 |
|
55 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
14 |
|
0,1; 1; |
5 |
|
0 - 100 |
|
1 |
|
55 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
15 |
|
0,1; 1; |
5 |
|
0 - 100 |
|
2 |
|
55 |
|
2 |
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Основные задачи на исследование:
Основными задачами являются:
7
исследование кинетику формирования нулевой и первой гармоник мономера от отношения времени полимеризации к
времени диффузии ;
исследование кинетику формирования нулевой и первой гармоник показателя преломления от отношения времени полиме-
ризации к времени диффузии ;
исследование влияние поглощения ФМП на кинетику формирования нулевой и первой гармоник показателя преломления при различных отношениях времени полимеризации к времени диффузии ;
исследование влияние на кинетику записи первой гармоники профиля показателя преломления.
3. Порядок выполнения работы
3.1.Кинетика формирования гармоник
В ходе выполнения расчетного задания использовать результаты мо-
делирования кинетики формирования голографических фотонных структур в среде MathCAD. Расчетные данные и графики взять из программы с результа-
тами моделирования, пояснения и описание используемых величин находятся там же.
Решение для гармоник мономера имеет вид:[1]
2 2
(, ) = ∑(, exp( )).
=0
На основе данного решения оценить влияние отношения времени поли-
меризации к времени диффузии на нулевую 0( ) и первую 1( ) гармоники концентрации мономера в зависимости от времени t.
8
Рисунок 3.1 – Кинетика записи профилей гармоник концентрации моно-
мера 0( ) и 1( ) при = 0,1
Рисунок 3.2 – Кинетика записи профилей гармоник концентрации моно-
мера 0( ) и 1( ) при = 3
Рисунок 3.3 – Кинетика записи профилей гармоник концентрации моно-
мера 0( ) и 1( ) при = 5
Решение для гармоник показателя преломления имеет вид:
( , ) = ∑2=02 ( , s( , )) + , ( , ).
На основе данного решения оценить влияние отношения времени поли-
9
меризации к времени диффузии на нулевую 0( ) и первую 1( ) гармоники показателя преломления в зависимости от времени t.
Рисунок 3.4 – Кинетика записи профилей гармоник показателя преломле-
ния 0( ) и 1( ) при = 0,1
Рисунок 3.5 – Кинетика записи профилей гармоник показателя преломле-
ния 0( ) и 1( ) при = 3
10
Рисунок 3.6 – Кинетика записи профилей гармоник показателя преломле-
ния 0( ) и 1( ) при = 5
Промоделировать пространственное распределение показателя прелом-
ления при записи ГДС в ФПМ, при помощи выражения:
( , ) = 1( ) ∙ cos( 1 )
Рисунок 3.7 –Распределение показателя преломления ( , ) при = 0,1 |
||||||||||
Стоит отметить, что при увеличении параметра b распределение |
||||||||||
показателя преломления будет иметь тот же вид. |
|
|
|
|||||||
Расчет влияния параметра = 0,1 … 9.1 на первую гармонику показателя |
||||||||||
преломления 1( = ) представлен на рис.3.8. |
|
|
||||||||
0.9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.72 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.54 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n.(t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.36 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
|
|
|
b. |
|
|
|
|
|
Рисунок 3.8 – Зависимость влияния параметра = 0,1 … 9.1 на первую гармо- |
||||||||||
нику показателя преломления 1( = ) |