FDTD wavelength에 따른 peak에 대한 질문


#1

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

설계상의 문제점이 있는건가요?


#2

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.


FDTD solution에서 DFTMonitor의 T 에러에 대한 질문