Color spectrum 분석

안녕하세요, 나노구조의 color spectrum 계산을 하고 있습니다.

구조는 Si 위에 MIM(meta-insulator-metal)이며, insulator 의 두께 변화에 따른 spectrum 분석이 목적입니다.

실험에서는 두꺼워짐에 따라(100nm -> 200nm) red shift 가 확인이 되었지만, 계산상으로는 전혀 변화가 보이지 않아 질문을 드립니다… 어떤 부분이 오류인지 확인이 되지 않아 질문드립니다.

이상입니다.

감사합니다.query_200324.fsp (297.4 KB)

공유하신 시뮬레이션 파일에는 E-field 만을 record 하는 point type 모니터만 있는데, 언급하신 spectrum 은 어떻게 구했는 지를 알려주시면 문제를 파악하는데 도움이 될 것 같습니다.

답변 감사합니다.

point monitor 에서 x dimension 을 주파수로 했을 때 나타나는 E field intensity 를 spectrum 으로 봤는데, 잘 못된 방법인가요?

시뮬레이션 결과를 실험 결과와 비교를 할 때, 그 비교가 의미가 있으려면 시뮬레이션과 실험에서의 설정이 가능한 한 유사하도록 해주어야 합니다. 현재, 시뮬레이션에서 한 지점에서의 field vs. wavelength 를 이용하여 spectrum 으로 간주를 하였는데, 과연 실험에서도 동일하게 한 지점에서의 field 를 wavelength 에 따라 측정하여 spectrum 을 구했는가 확인해 보시기를 바랍니다. 만약, 한 point 가 아닌 input beam 에 대해서 reflect 되는 beam 의 power 를 구하여 “spectrum” 으로 간주하였다면, 시뮬레이션에서도 동일하게 reflect 되는 power 를 구하고 비교를 하여야 할 것입니다.

시뮬레이션에 2d plane monitor 를 배치하고, reflection 을 측정하여 reflection spectrum 을 구한 것을 원래의 |E| 값을 이용해서 구한 spectrum 과 비교하면 다음과 같이 차이가 있습니다.

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답변 감사합니다.

  1. 2d plane monitor 의 전체 면적의 평균적인 스펙트럼을 나타내신 건가요?

  2. 스펙트럼의 세기는 다르지만 그래프의 경향성은 큰 차이가 없는 상황인데… 그렇다면 제시한 두개의 스펙트럼의 보이는 색깔은 차이가 없는 것이 아닌지요?

실험에서는 동일한 위치에서 측정을 진행했으며, 구조가 단순한 평판이기에 위치에 따라 큰 차이가 없기에 계산 셋팅도 그렇게 하였습니다.

질문에서 제일 중요한 부분은… insulator 의 두께가 두꺼워짐에 따라 스펙트럼이 red shift 가 일어나야하 하는데, 전혀 일어나지 않아서 질문을 드렸습니다…

오류의 원인이 모니터가 포인트인지 2D 에 대한 값인지에 따라서는, 구조가 평판이기에 중요한 요인이 아니지 않을까요?

…도움 부탁드립니다…

어떤 시뮬레이션 결과에 문제가 있을 경우에 그 원인이 될 만한 요인을 찾아가는 과정 중의 하나로, 기본적인 설정 중의 하나인 Monitor type 및 Figure of merit (|E| 또는 T) 이 바로된 것인지를 먼저 확인할 필요가 있다는 점을 말씀드린 것입니다.
평판 구조에서 지금처럼 point type monitor 의 E 값을 측정하고 그 절대값 (\(|E|\) )을 spectrum 으로 삼는 것의 문제점은 다음과 같습니다.

  • 실험에서 측정하는 값은 공간상의 한 point 에서의 reflection 값이 아니고, 그 지점에서 특정한 면적을 가지는 detector 에 들어가는 빛의 power 를 계산하는 것입니다. 따라서, 시뮬레이션에서와 같이 한 점에서의 |E| 값을 구하는 것과는 차이가 있습니다.

  • |E| 값이 z-방향의 위치에 따라 달라집니다.

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즉, 이와 같은 방법으로 얻은 "spectrum" 은 z-위치에 따라 달라지게 됩니다. 이처럼 측정 위치에 따라서 달라지는 것을 FOM 으로 삼는 것이 바람직한 선택인지 의문입니다.

요약을 하면, 한 점에서의 |E| 값을 “spectrum” 으로 삼는 방법은 그 방법 자체로 인해 실험과는 다른 결과를 줄 수 있으므로, 가능하다면 이러한 추가적인 error 를 배제시키고 원래의 질문인 “두께가 변하더라도 spectrum 이 변하지 않는 원인” 을 좁혀가면서 찾아보라는 제안이었습니다. 즉, “spectrum” 을 구하는 방법 자체를 제대로 하고 문제점을 확인하는 것이 옳바른 접근법이라고 할 수 있습니다.

이러한 추가적인 오류를 배제하려면, 2d monitor 를 두고서 transmission 을 측정하는 것이 바람직합니다. 이와 같이 변경을 하고 두께를 sweep 해보았는데, 역시 언급하신 것과 같이 두께에 따른 transmission 의 변화가 나타나지 않습니다.

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이는 좀 더 테스트를 해보고 업데이트를 해드리도록 하겠습니다.

공유하신 파일에서 “Cytop” 의 material 이 “Pd” 로 되어 있습니다.

이를 "CYTOP" 으로 바꾸면 다음과 같은 결과를 얻게 됩니다.

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답변 감사합니다… 제가 계산한 것과 비교를 해보고싶은데, 계산 파일을 요청드려도 될까요?

추가적으로 lumerical 상에서 바로 cytop 두께에 따라서 파장을 ploting 하신 script 가 따로 있다면 요청드리고 싶네요.

감사합니다.

수정한 파일을 첨부합니다.
“Optimizations and Sweeps” 의 “t_Cyto” 에 이미 sweep 한 결과가 loading 되어 있으므로, 우측 클릭하여서 “R” 을 visualize 하면 됩니다.
query_200324_R1.fsp (312.0 KB)

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