Фотонно-кристаллические и волоконно-оптические структуры, в том числе с неоднородностями микро- и наноразмерного диапазонов, как сенсоры интеллектуальных систем структурного мониторинга элементов технических комплексов и инженерных сооружений. Разработка научно-технических основ проектирования комплексированных фотонно-кристаллических структур микроволнового и оптического диапазонов с включенными неоднородностями, в том числе микро- и нанометровой размерностей

Цель исследования - разработка и моделирование комплексированных фотонно-кристаллических структур оптического диапазона с включенными неоднородностями, являющихся сенсорами структурного мониторинга элементов технических комплексов и инженерных сооружений; разработка и моделирование комплексированных фотонно-кристаллических структур микроволнового диапазона, являющихся сенсорами структурного мониторинга элементов технических комплексов и инженерных сооружений. Представлены результаты математического моделирования и компьютерного исследования характеристик микроволновых волноводных фотонных кристаллов и коаксиальных кабельных структур с включенными неоднородностями, изложены принципы физической реализации брэгговских СВЧ-структур на коаксиальном кабеле, предложена реализация лабораторной установки по измерению уровня жидкостей на основе дискретного коаксиального уровнемера. Показаны соответствующие измерительные характеристики на основе частотных зависимостей коэффициентов отражения и передачи, предложены рекомендации к построению опытных образцов измерительных устройств. Представлены структуры соответствующих фотонных кристаллов и кабельных структур, приведены аналитические оценки и результаты математического моделирования. Рассмотрены образцы волноводных фотонных кристаллов на основе фонон-фотонного взаимодействия Мандельштама - Бриллюэна. Приведены теоретические обоснования способа двухчастотного зондирования, оценки способов обработки информации на частотах спектральных составляющих зондирующего излучения. Рассмотрены методы синтеза микроволновых волноводных фотонных кристаллов и коаксиальных кабельных структур с включенными неоднородностями на основе решения обратных спектрально-пространственных задач. Подробно изложен метод создания волоконных брэгговских решеток с произвольным профилем коэффициента отражения на основе обратного пространственного преобразования Фурье. Представлены результаты математического моделирования и компьютерного исследования характеристик фотонных кристаллических и волоконно-оптических структур с включенными неоднородностями; реализации способов для моделей взаимодействия двухчастотного колебания с контуром интерферометра Фабри-Перо, с контуром профиля отражения, описываемой функцией sinc, с контуром профиля отражения, описываемой функцией Лоренца; аналитические оценки и результаты математического моделирования. Рассмотрены лабораторные образцы фотонных кристаллических и волоконно-оптических структур с включенными неоднородностями. Подробно изложены принципы физической реализации и особенности формирования волоконных брэгговских решеток со специальной формой АЧХ и фазовыми неоднородностями, с треугольной формой спектра. Рассмотрены вопросы зондирования волоконной брэгговской решетки со специальной формой спектра двумя двухчастотными зондирующими излучениями на различных ее склонах, представлены результаты моделирования. Представлены лабораторные образцы компенсированных по температуре волоконно-оптических датчиков с результатами моделирования и испытаний. Рассмотрены методы анализа фотонных кристаллических и волоконно-оптических структур с включенными неоднородностями на основе зондирования полигармоническими сигналами. Рассмотрены методы анализа фотонных кристаллических и волоконных структур с расширением диапазона измерительного преобразования, с формированием окна прозрачности в центральной области волоконной брэгговской решетки, с расщеплением спектральных составляющих на фиксированную разностную частоту, четырехчастотный способ зондирования ВБР с одинаковыми средними и различными разностными частотами с последетекторным фильтрационным разделением каналов по склонам, а также четырехчастотный способ зондирования ВБР с одинаковыми средними и разностными частотами и додетекторным физическим разделением измерительных каналов. Приведены описание методов, структурные схемы, результаты имитационного и компьютерного моделирований предложенных методов в среде Optisystem. Предложен способ корреляционного определения температуры с помощью упорядоченных волновых решеток. Рассмотрены методы синтеза фотонных кристаллических и волоконно-оптических структур с включенными неоднородностями на основе решения обратных спектрально-пространственных задач. Подробно рассмотрен метод создания волоконных брэгговских решеток со специальной формой спектра на основе обратного пространственного преобразования Фурье. Изучен синтез волоконных брэгговских решеток с вогнутой и треугольной формами спектра с использованием двух двухчастотных зондирующих излучений для анализа фотонных кристаллических и волоконно-оптических систем. Представлены результаты математического моделирования и компьютерного исследования характеристик комплексированных фотонно-кристаллических структур микроволнового и оптического диапазонов с включенными неоднородностями, а также показаны подходы к калибровке указанных устройств на примере постановки задачи калибровки совмещенных датчиков давления и температуры на основе волоконно-оптических сенсорных структур. Рассмотрены лабораторные образцы комплексированных фотонно-кристаллических структур микроволнового и оптического диапазонов с включенными неоднородностями. В частности, показаны особенности построения комплексированных волоконно-оптических датчиков параллельного типа на основе трех волоконных брэгговских решеток с фазовым π-сдвигом и микроволновых датчиков на основе брэгговских структур в полосковом исполнении. Показаны методы анализа комплексированных фотонно-кристаллических структур микроволнового и оптического диапазонов с включенными неоднородностями на основе зондирования полигармоническими сигналами. Рассмотрены вопросы, касающиеся восстановления недетерминированного профиля волоконной брэгговской решетки, подчиняющегося нормальному закону распределения; определения смещения центральной длины волны детерминированного произвольного профиля решетки, заданного аналитически и дискретно. Рассмотрены методы синтеза комплексированных фотонно-кристаллических структур микроволнового и оптического диапазонов с включенными неоднородностями на основе решения обратных спектрально-пространственных задач. Подробно описан синтез волоконных решеток с вертикальной симметрией, вертикальной асимметрией и с треугольно-вогнутой формой. Приведены результаты анализа применимости комплексированных фотонно-кристаллических структур микроволнового и оптического диапазонов с включенными неоднородностями для решения задач прецизионных интерферометрических измерений в микроволновых системах, управления оптическим излучением в телекоммуникационных системах, синтеза монохроматических и полигармонических излучений с малым уровнем фазового шума в радиофотонных системах.