Complex transmission 데이타를 어떻게 얻을 수 있나요?

fdtd
transmission
complex

#1

Test.fsp (291.9 KB)

thickness 1mm인 Silicon 기판의 terahertz(0-3Thz) optical transmittance를 확인하는 작업을 하고있습니다.
올린 파일과 같이 일단 setting은 해 놓았지만, 제가 알고싶은것은
frequency-domain field and power monitor의 complexed-transmittance를 보는 것입니다.
그냥 T를 보게되면 real-tranmittance를 보는데요, imaginary-transmittance를 보는 방법이 있을까요?
그리고 mesh size에 궁금한 부분이 있습니다. terahertz영역은 파장으로 약 mm size정도 되는데요,
이 영역대에 맞는 mesh size를 알고싶습니다.


#2

안녕하세요, @jyc1334

stackrt라는 스크립트 명령어를 활용하여, 저주파 영역에서 실리콘의 투과 특성을 complexed-transmittance로 파악하실 수 있습니다. stackrt는 analytic transfer matrix 방벙을 이용하여 여러층으로 구성된 stack 구조에 평면파가 진행할 때 투과 및 반사 특성을 계산할 수 있는 명령어 입니다. 이 명령어를 이용하여 S편광 및 P편광 모드일 때 투과 및 반사 스펙트럼 (Ts, Tp, Rs, Rp) 혹은 투과 및 반사 계수 (ts, tp, rs, rp)를 추출할 수 있습니다.

기판의 두께(z방향)에 비해서 길이와 너비(x,y 방향)가 무척 크다고 가정하여 모델 3차원 아닌 2차원으로 단순화 시켜서 모델링하시면 시뮬레이션 시간과 메모리를 절약하실 수 있습니다.

override mesh를 부여하지 않은 상태에서 mesh accuracy 2에서 8까지 변화시켜 가면서 데이타의 trend를 확인하면 될 것 같습니다. (mesh accuracy 4~6 정도면 될 것 같습니다.)

stackrt 스크립트 명령어 KB 링크와 질문하신 내용과 유사한 아래 KX 컨텐츠를 참고하셔서 모델링 및 시뮬레이션을 하시면 될 것 같습니다.

혹시나 질문 사항이 생기면 알려주세요. 감사합니다.


#3

안녕하세요.

질문 1: 제가 알고싶은것은 frequency-domain field and power monitor의 complexed-transmittance를 보는 것입니다.그냥 T를 보게되면 real-tranmittance를 보는데요, imaginary-transmittance를 보는 방법이 있을까요?

제가 이해하기로는 이 질문은 frequency monitor 에서 얻을 수 있는 transmission 은 real 값만이 주어지는데, transmission 의 imaginary 값도 확인할 수 있는 방법이 없는가에 대한 것으로 보여집니다. 그렇다면, 이 질문 자체에 대한 답은 ‘No’ 입니다. 그 이유는 FDTD Solutions 에서 tansmission 의 정의는 아래 페이지에서와 같으며 real 값을 가지게 됩니다. 따라서, transmission 의 imaginary 값은 ‘0’ 됩니다.
https://kb.lumerical.com/en/index.html?ref_scripts_transmission.html

하지만, transmission 이 Poynting vector 를 모니터 면상에서 적분해서 계산하는 것이기에 이 적분값의 imaginary 값을 취해주면 원하시는 것과 같은 ‘imaginary’ transmission 값을 얻을 수 있으리라 생각됩니다.
아래 링크의 ‘interpretation’ 탭을 보면 Poynting verctor 의 real 값과 imaginary 값이 의미하는 바가 무엇인지를 잘 설명해 놓았습니다.
https://kb.lumerical.com/en/index.html?layout_analysis_poynting_vector.html

Metal surface, waveguide 나 resonator 등의 구조물을 파가 진행할 때 evanescent mode 나 confined mode 등을 형성하게 될 경우 이 field 성분은 farfield 로 진행하지 않게 되며, Poyinting verctor 를 적분했을 때 imaginary 성분으로 나타나게 됩니다.

따라서, 원하는 ‘imaginary’ transmission 값을 계산하려면 다음의 절차를 밟으면 됩니다.

  1. Poyning vector 를 계산
    이는 frequency monitor 의 ‘data to record’ 탭에서 Px,Py,Pz 를 선택하여 기록을 할 수도 있고, E/H field 로부터 계산을 할 수도 있습니다. Frequency monitor 가 z-normal 이면 면적분에서 Pz 성분만 남게되므로 Pz 성분만을 계산해주면 됩니다.

  2. Poyinting vector 를 모니터 면에서 적분
    아래의 예제에 나와 있는 바와 같이 모니터 면 상에서의 Poynting vector 를 적분을 해 줍니다. 이는 integrate 명령어를 써서 수행을 해주면 되며, 그 적분한 값에서 imaginary 부분을 취해주오 원하는 ‘imaginary’ transmission 값을 얻게 됩니다.
    https://kb.lumerical.com/en/index.html?layout_analysis_integrating_poynting_vector.html

단, 주의할 점은 이 ‘imaginary’ Poynting vector 성분은 공간상으로 전파되어 가는 것이 아니므로, evanescent field 가 형성되는 구조물에 가까이 모니커를 두어야 측정을 할 수 있는 가능성이 높습니다. 얼마나 가까이 두어야 하는 지는, evanescent field 가 얼마만큼 멀리까지 뻗어나가는 가에 따라 달라질 수 있으므로 시행착오를 통해 확인하는 수 밖에 없을 것 같습니다.

질문 2: 그리고 mesh size에 궁금한 부분이 있습니다. terahertz영역은 파장으로 약 mm size정도 되는데요, 이 영역대에 맞는 mesh size를 알고싶습니다.

이는 @isawjsy 께서 설명드린 것을 참고로 하시면 될 것 같습니다.

참고로, 첨부하신 파일에서 구조물과 PML 간의 간격이 너무 좁은 것 같습니다. 일반적으로 SC-PML 을 사용할 경우에는 구조물과 PML 의 간격이 최소한 lambda/4, 그리고 legacy PML 의 경우에는 lambda/2 이상은 되어야 구조물에서의 evanescent field 가 PML 과 간섭현상을 일으키는 것을 막을 수 있습니다.