ИСТИНА

Математическое моделирование, алгоритмические разработки, оптимизация многослойных оптических покрытий являются важнейшими составляющими прогресса во многих областях естественных наук, в частности в области современных лазерных систем и лазерных технологий. В лазерных системах огромную роль играют многослойные покрытия с предельно высокими коэффициентами отражения и, соответственно, с предельно низкими уровнями потерь. Так, для создания лазерных гироскопов нужны зеркала с коэффициентом отражения 99,999% и выше. Многослойные зеркала с предельно низкими потерями необходимы для решения задач прецизионной метрологии (см. Optical Coatings and Thermal Noise in Precision Measurement, Edited by Gregory Harry, Timothy P. Bodiya, Riccardo DeSalvo, Cambridge University Press, 2012, 327 pp.). Без них была бы невозможной успешная реализация проекта LIGO по регистрации гравитационных волн. Для достижения предельных значений коэффициента отражения зеркал необходимо максимальное снижение потерь на рассеяние света, потерь на поглощение в самих многослойных зеркалах. В задачах прецизионной метрологии принципиальное значение имеет снижение тепловых шумов многослойных зеркал. В рамках настоящего проекта задачи проектирования многослойных покрытий с предельно низкими потерями впервые будут рассмотрены с одновременным учётом всех факторов, влияющих на их качество. Кроме того, задача проектирования таких покрытий будет рассматриваться и в рамках новой парадигмы проектирования оптических покрытий (см. Alexander V. Tikhonravov and Michael K. Trubetskov, "Modern design tools and a new paradigm in optical coating design," Appl. Opt. 51, 7319-7332 (2012)), требующей создания методов, которые дают возможность проектирования не формально оптимальных многослойных систем, а систем, учитывающих также требования их наилучшей практической реализуемости.

В конце первого года работы по проекту будет разработан вычислительный подход к проектированию многослойных оптических зеркал с предельно низким уровнем потерь. На основе напылительных экспериментов, выполняемых в университете Тонгжи, будет проведена проверка адекватности используемых моделей и, при необходимости, уточнение этих моделей. На основе выбранных математических моделей будет проведено теоретическое исследование вопроса о выборе оптимальных параметров конструируемых многослойных систем, и результаты этого исследования будут использованы в вычислительных экспериментах по расчету новых многослойных покрытий для лазерных резонаторных систем. К концу второго года будет отработана методология использования вычислительных алгоритмов для решения задач проектирования многослойных элементов с учётом требований наилучшей практической реализуемости. На основе экспериментальных данных, предоставляемых китайскими коллегами из университета Тонгжи, будет проведено исследование вопроса о выборе оптимальных элементов в случае использования ионно-лучевого процесса распыления плёнкообразующих материалов с учетом дополнительных производственных требований к этим элементам. По результатам первого и второго годов будут предоставлены совместные публикации в реферируемые научные журналы и совместные доклады на международные конференции.

В рамках двухлетней работы (2010-2012, грант РФФИ 11-07-91153-Гфен) над совместным проектом по исследованию моделей и разработке алгоритмов для проектирования оптических элементов в мягком рентгеновском диапазоне российские и китайские коллеги продемонстрировали свою способность к эффективному и успешному сотрудничеству. Оригинальные результаты этого проекта были представлены в 6 совместных публикациях. Группа российских участников проекта имеет более чем тридцатилетний опыт работы в сфере разработки моделей, алгоритмов и программ для анализа и синтеза многослойных оптических покрытий. Члены коллектива участвовали в нескольких международных проектах, связанных с этой тематикой. Членами авторского коллектива разработаны уникальные методы проектирования многослойных оптических покрытий [см. A.V.Tikhonravov, Design of Optical Coatings, in «Optical Interference Coatings», Eds. N.Kaiser and H.K.Pulker, Springer-Verlag, Berlin, 2003, pp. 81-104]. Эти методы завоевали мировое признание и используются в сотнях лабораторий и компаний по всему миру. Именно благодаря им основная проблема в разработке новых типов оптических покрытий была перенесена из области теоретического проектирования в область точной практической реализации теоретических конструкций. За последние 10 лет авторским коллективом опубликовано в ведущих российских и зарубежных журналах около пятидесяти работ, составляющих научный задел по предлагаемому проекту (в журналах: Математическое моделирование, Журнал Вычислительной математики и математической физики, Радиотехника и электроника, Вестник МГУ, серия физика, Оптика и спектроскопия, Вычислительные методы и программирование, Известия РАН, серия физика, Inverse problems, Mathematical and Computer Modeling, Applied Physics, Applied Optics, Thin Solid Films, Journal of Optics, Optics Express).