شماره ركورد
34775
پديد آورنده
محمد الكعبي
عنوان
مروري بر بازدهي ديفركتيو بالا در چندين نور كروماتيكي با استفاده از ابزارهاي ديفركتيو هارمونيك دولايه (DL HDEs)
مقطع تحصيلي
ارشد
رشته تحصيلي
فيزيك- اپتيك و ليزر
سال تحصيل
1403
تاريخ دفاع
1404/12/16
استاد راهنما
همايون اشراقي
استاد مشاور
/
دانشكده
دانشكده فيزيك
چكيده
اين پاياننامهي كارشناسيارشد، يك مرور جامع، راستيآزمايي برداري و عددي مستقل، و ارزيابي كامل آمادگي صنعتي براي «اجزاي اپتيكي ديفركتيو هارمونيك دولايه» (DL HDEs) ارائه ميكند؛ عناصري كه قادرند بهصورت همزمان بازدهي ديفركتيو فوقالعاده بالا (> 98.5٪–99.4٪) و پاشندگي زاويهاي فوقالعاده كم (|dθ/dλ| ≤ 0.038°/µm) را در چندين طولموج مرئي دلخواه و گسسته فراهم كنند. پس از نمايش تجربي پيشگامانه توسط Yang و همكاران (Optics Communications 596, 132525, 2025)، اين پژوهش نتايج آنان را با استفاده از تحليل كامل-برداري موجهاي جفتشده سختگيرانه (RCWA با كد S⁴ استنفورد، 121×121 مرتبه) و شبيهسازي FDTD نسخه 2025 R2 از Ansys Lumerical بازتوليد و گسترش ميدهد و نشان ميدهد كه نظريهي اسكالر براي دورههاي عملي (Λ = 100–300 µm) دقيق و حتي كمي محافظهكارانه است. مرور انتقادي تاريخچهي 30 ساله (1995 تا دسامبر 2025) نشان ميدهد كه عناصر ديفركتيو هارمونيك تكلايه با وجود بازدهي نزديك به 100٪، از واگرايي زاويهاي شديد ناشي از پاشندگي ماده (حدود 0.40–0.65°/µm) رنج ميبرند؛ عناصر چندلايهي مرسوم تنها بخشي از اين مشكل را كاهش ميدهند (حدود 0.18–0.35°/µm)، و متاسطحهاي آكروماتيك در عوض بازدهي گسسته و آستانه آسيبپذيري نوري را قرباني ميكنند (< 3 W/cm²). DL HDEها بهطور منحصربهفرد اين مبادلهي تاريخي را از طريق مهندسي پاشندگي مكمل در دو توري فازي هارمونيك پشتسرهم، ساختهشده از پليمرها و شيشههاي تجاري، حل ميكنند. نوآوريهاي اين پژوهش شامل نخستين راستيآزمايي برداري مستقل فراتر از نظريهي اسكالر، بهينهسازي براي سهتاييهاي استاندارد صنعتي RGB (450/532/650 nm) و زيستپزشكي (488/561/638 nm)، تحليل تلرانس مونتكارلو با 20٬000 تكرار بر اساس مشخصات تجاري سالهاي 2025–2026 (Nanoscribe Quantum X Align، EVG HERCULES NIL، تراش الماسي Zeiss)، و ارزيابي هشت جفتمادهي مكمل مناسب توليد انبوه (مانند PMMA/PC، EpoCore/NOA61، Zeonex/Topas، ORMOCER/N BK7) است. نتايج نشان ميدهد كه خطاهاي عمقاچ ≤ ±40 نانومتر، عدمتطابق جانبي ≤ ±280 نانومتر، و فاصلهي بينلايهاي ≤ 1.8 ميكرون، بازده بالاي > 99٪ را با بازده ديفركتيو > 98٪ و پاشندگي زاويهاي |dθ/dλ| < 0.05°/µm تضمين ميكند — كاملاً سازگار با فناوريهاي تراش الماسي و ليتوگرافي UV NIL. DL HDEها اكنون آمادهي استفاده در موجبَرهاي AR/MR، پروژكتورهاي سهليزري، تركيب پرتوان پرتو، تصويربرداري هايپراسپكترال، و ميكروسكوپي كانفوكال چندخطي هستند و امكان جايگزيني سبك، كمهزينه و پربازده براي منشورهاي ديكروئيك حجيم را فراهم ميسازند.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/13
عنوان به انگليسي
A review on high diffraction efficiency at several chromatic Lights using dual-Layer Harmonic diffraction tools (DL- HDEs)
تاريخ بهره برداري
4/21/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمد الكعبي
چكيده به لاتين
This Master’s thesis presents a comprehensive review, independent rigorous verification, and complete industrial readiness assessment of dual-layer harmonic diffractive optical elements (DL-HDEs) for achieving simultaneously ultra-high diffraction efficiency (> 98.5 %–99.4 %) and ultra-low angular chromatic dispersion (|dθ/dλ| ≤ 0.038 °/µm) at multiple arbitrary discrete visible wavelengths. Following the breakthrough experimental demonstration by Yang et al. (Optics Communications 596, 132525, 2025), the work independently reproduces and extends their results using full-vectorial rigorous coupled-wave analysis (Stanford S⁴ RCWA, 121×121 orders) and Ansys Lumerical FDTD 2025 R2, confirming that scalar theory is accurate and even slightly conservative for practical periods (Λ = 100–300 µm).A critical 30-year historical review (1995–December 2025) shows that single-layer harmonic diffractive elements deliver near-100 % efficiency but suffer severe material-dispersion-induced angular walk-off (0.40–0.65 °/µm), conventional multilayer DOEs only partially mitigate it (0.18–0.35 °/µm), and achromatic metasurfaces sacrifice discrete-wavelength efficiency and laser damage threshold (< 3 W/cm²). DL-HDEs uniquely overcome this historical trade-off via complementary dispersion engineering of two cascaded harmonic phase gratings fabricated from commercially available polymers and glasses.Original contributions include the first independent vectorial verification beyond scalar theory, optimization for industry-standard RGB (450/532/650 nm) and biomedical (488/561/638 nm) triplets, a 20,000-iteration Monte-Carlo tolerance analysis using 2025–2026 commercial specifications (Nanoscribe Quantum X Align, EVG HERCULES NIL, Zeiss diamond turning), and screening of eight production-grade complementary material pairs (e.g., PMMA/PC, EpoCore/NOA61, Zeonex/Topas, ORMOCER/N-BK7). Results prove that etch-depth errors ≤ ±40 nm, lateral misalignment ≤ ±280 nm, and interlayer gaps ≤ 1.8 µm ensure > 99 % yield at > 98 % efficiency and |dθ/dλ| < 0.05 °/µm — fully compatible with diamond turning and UV-nanoimprint lithography.DL-HDEs are immediately deployable in augmented/mixed-reality waveguides, triple-laser projectors, high-power beam combining, hyperspectral imaging, and multi-line confocal microscopy, enabling lightweight, low-cost, high-performance replacement of bulky dichroic prisms.
كليدواژه هاي فارسي
اجزاي اپتيكي ديفركتيو هارمونيك دولايه ( DL-HDEs , بازدهي ديفركتيو فوقبالا , جبران پاشندگي زاويهاي
كليدواژه هاي لاتين
dual-layer harmonic diffractive optical elements (DL-HDEs), , ultra-high diffraction efficiency, , angular chromatic dispersion compensation
Author
Mohammed AL-Kaabi
SuperVisor
Dr. Homayoon Eshraghi