FDTD wavelength에 따른 peak에 대한 질문


이와같이 약 0.712 부근에서만 피크가 나오는데 0도에 입사할때도 20도로 입사할때도 모두 0.712에서 피크가 나타납니다.

설계상의 문제점이 있는건가요?

첨부하신 시뮬레이션 파일을 살펴본 결과 여러 면에서 잘못된 설정이 보입니다.

1) Source type
주기성을 가진 구조물과 더불어 Periodic/Bloch boundary 를 사용하는 경우에는 일반적으로 planewave 를 사용하게 됩니다. TFSF 도 사용되긴 하지만, planewave 를 사용하면 되는 경우에 굳이 TFSF 를 써서 시뮬레이션 영역을 TF/SF 영역으로 나눌 필요가 없다면 planewave 를 사용할 것을 권합니다.
루메리컬에서 제공되는 다양한 source 를 언제 어떻게 사용하는 지 살펴보시기 바랍니다.
https://kb.lumerical.com/en/index.html?ref_sim_obj_sources.html

2) Boundary condition
현재와 같이 2d 시뮬레이션에서 planewave 를 경사져 입사할 경우에는 x boundary 를
i) single frequency 시뮬레이션일 경우엔는 Bloch 으로 설정하여야 하며
ii) broadband source 일 경우에는 planewave source 를 우측 클릭하여, planw wave type 을 BFAST 로 설정해 주어야 합니다.
Braodband planewave 에서 Bloch bloch boundary 를 사용하면, center frequency 지점에서만 지정한 각도로 입사를 하고 주변 frequency points 에서는 입사각이 변하기 때문이며, 이러한 문제를 해결한 것이 BFAST 방법입니다. 다음의 링크를 참고하시기 바랍니다.
https://kb.lumerical.com/en/index.html?ref_sim_obj_sources_bfast.html
그리고, 무한한 주기를 갖는 구조물을 시뮬레이션하기 위해서는 한 주기만을 시뮬레이션 영역으로 잡아서 시뮬레이션을 하면 됩니다. 현재의 설정으로는 3 주기 정도를 포함하였는데, 시뮬레이션 영역의 y span 도 주기의 정수배가 아닌 값으로 되어 있습니다. 이 값이 주기의 정수배라면 unit cell 을 시뮬레이션 했을 때와 동일한 결과를 얻게 됩니다. (단, convergence test 를 거친 결과에 대하여). 따라서, y span 을 줄여 unit cell 만을 포함하도록 시뮬레이션 영역의 크기를 바꾸시기 바랍니다.

3) ‘T’ 모니터의 위치
현재 ‘T’ 모니터는 구조물의 내부에 위치해 있는데, 이런 경우 전체 구조물을 투과한 transmission 값을 얻을 수 없습니다. 구조물이 없는 빈 공간으로 그 위치를 더 낮추어 주어야 합니다.

4) PML type
PML type 을 legacy version 인 ‘uniaxial anisotropic PML’ 을 설정하였는데, 이는 새로 추가된 SC-PML 보다 일반적으로 performance 가 떨어집니다. 따라서, legacy version 의 특성을 아주 잘 이해하고 있어서, 여러 설정을 자신있게 할 수 있는 경우가 아니라면, SC-PML 을 선택하시기 바랍니다. 그리고, grating 과 같은 주기적인 구조에서는 PML 에 급경사로 입사하는 multi-order 가 발생할 수 있으므로, pml profile 을 그러한 상황에 적합한 steep angle 로 선택하시기 바랍니다.
https://kb.lumerical.com/en/index.html?ref_sim_obj_pml_boundary_conditions.html

  1. Simulation time
    현재의 simulation time 은 ‘100’ fs 로 되어 있는데, 그 결과 시뮬레이션이 auto-shutoff level 에 도달하기 전에 종료하는 것으로 보입니다. 바람직한 것은 simulation time 이 충분히 길어서, 시뮬레이션이 auto-shutoff level (기본값 - 10^-5) 이 되어 종료하는 것입니다. 이경우 시뮬레이션 종료 후, FDTD 를 선택하고 Result Vies 에서 simulation status 를 보면 ‘2’ 가 되어 있습니다. simulation status 에 대한 정보는 다음의 페이지를 참고하시기 바랍니다.
    https://kb.lumerical.com/en/index.html?ref_sim_obj_simulation_fdtd.html

Simulation time 과 auto shutoff 에 대해서는 다음의 페이지를 참고하시기 바랍니다.
https://kb.lumerical.com/en/index.html?ref_sim_obj_frequency_monitors_simulation_time.html

참고로, 논문의 결과와 시뮬레이션 결과를 제대로 비교하려면, 시뮬레이션의 구조및 다양한 설정이 논문의 것과 동일해야 합니다. 혹시 이 부분에서도 어떤 차이가 있는 지, 논문에서 언급된 여러 설정을 잘 살펴보시기 바랍니다.

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