Material permittivity models 材質の誘電率モデル


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Material permittivity models 材質の誘電率モデル

このセクションでは、材質データベースによって使用される基本的誘電率(屈折率)材質モデルが記述されます。 モデルパラメータは、材質データベースウィンドウのMaterial propertyパネルで変更できます。
追加情報:
Advanced material models
Flexible material plugin framework information
Optical material modeling recorded video

サンプルデータ(Sampled data)
サンプルデータ(Sampled data)モデルは、実測材質データをインポートするために使われます。実測データは、Import dataボタンにより、テキストファイルからインポートされます。この方法は、ロスレス材質を生成するために使うことができます。
サンプルデータ(Sampled data)材質定義は、指定された光源の周波数領域上で、実測データの複数係数材質モデル()を生成する自動フィッティングルーチンを使っています。
このフィッティングルーチンは、下に示されたモデルの一つか、より一般化されたモデルが使われます。フィッティング状態は、で確認と調整ができます。

(許容誤差)実測データの誘電率と材質フィッティング間の要求されたRMS誤差。 フィッティングルーチンは、RMS誤差以内になるよう、係数の数を最小になるようにします。

係数の最大数): 材質フィッティングで使用される係数の最大値。
係数を大きくすると、 より正確なフィッティングが得られますが、シミュレーションスピードが遅くなります。

次の詳細オプションをMaterial Explorerで設定することができます。
フィッティングを受動的にする): 任意の周波数で利得をもつフィッティングを避けるため、チェックを入れる設定。デフォルトでは、これはチェックされており、発散シミュレーションを防ぎます。

安定性): これがチェックされると、フィッティング計算でシミュレーションが数値的不安定性を減少させるために、係数の領域を制限します。

虚数重み): 重みを増大させると、フィッティング計算の時、誘電率の虚数部の重要性が増します。重みが1の時は、誘電率の虚数部と実数部は同等に扱われます。

フィッティング領域の指定): チェックをすると、材質フィッティングや光源周波数帯域を生成するために使われる周波数帯域を分離します。このオプションは、光源周波数が変更される場合のパラメータスイープや、パラメータスイープ全体で材質パラメータを一定に保つことが重要な場合に使われます。
フィッティング領域はシミュレーション帯域を覆っていなければなりません。
周波数帯域): Specify Fit Rangeにチェックを入れたとき、フィッティングに使われる周波数帯。

例題と追加情報
Creating sampled data materials
Checking material fits with the material explorer

誘電体
誘電体モデルは、定数実数屈折率材質を生成するために使われます。
この材質は、全ての周波数で指定された屈折率をもちます。(非分散)
(屈折率): 材質の屈折率。この値は、1以上でなければなりません。

(n,k)材質
n,k)材質モデルは、単一周波数でのnとkの値を指定することにより生成するモデルです。

(屈折率): シミュレーションの周波数帯の中心の屈折率の実数部。
正の値でなければなりません。
(屈折率虚数部): シミュレーション周波数帯の中心での屈折率の虚数部
正の値はロス(損失)に対応し、負の値は利得に対応します。

例題と追加情報
n,k material model
Checking material fits with the material explorer

注意: 単一周波数シミュレーションのみ
このタイプの材質モデルは、単一周波数シミュレーションにのみ使われます。
(n,k)材質モデルの実行は、その材質特性がシミュレーションの周波数中心に対してのみ正しい結果を与えることができますます。

導体
Conductive(導体)モデルは、下記の相対誘電率をもつ材質を生成するのに使われます。

注意: (完全導体)との比較
導電率が非常に大きい場合は、このモデルの特性は、下記に示される理想的PECのモデルに近づきます。

Plasma(Drude)
Plasmaモデルは、次の相対誘電率をもつ材質を生成するために使われます。

Debye
Debyeモデルは、次の相対誘電率をもつ材質を生成するために使われます。

Lorentz
Lorentzモデルは、次の相対誘電率をもつ材質を生成するために使われます。

注意:モデルの参照
Kurt Oughstun and Natalie Cartwright, “On the Lorentz-Lorenz formula and the Lorentz model of dielectric dispersion,” Opt. Express 11, 1541-1546 (2003)

Sellmeier
Sellmeierモデルは、次の公式によって定義される材質を生成するために使われます。
C係数は、μm2(平方ミクロン)の次元を持っています。

注意: 単一周波数シミュレーションのみ
このタイプの材質モデルは、単一周波数シミュレーションのみ使うことができます。
Sellmeierモデルの使用は、シミュレーションの周波数帯の中心でのみ正しい結果を与えます。

PEC(完全導体)
Perfect Electrical Conductor (PEC)(完全導体)。この材質内での電場は、0でなければなりません。
PECは、100%の反射と0%の吸収を持ちます。このモデルに関しては、パラメータ設定はありません。

Material Explorerと屈折率モニターで示される、PECの屈折率の理解
PECの屈折率は、うまく定義できません。これは、無限の伝導率をもつ導体材質としての、PEC材質を考えることによって理解されなければなりません。導電率sigmaは、無限大になる時、誘電率も無限大になります。
Material explorerと屈折率モニターが無限大の値を返すことは、現実的ではなく、それらはeps = 1+ 1e6iの誘電率を返します。これは、屈折率がsqrt(1+ 1e6i)=707+707iとなります。これらの値は、Material explorerや屈折率モニターによって返される目的だけのものとして理解することが重要です。実際のソルバーの計算では、理想的モデルが使われます。(無限大の導電率)

注意: 空間的吸収測定
ソルバーで使われる無限大の屈折率と、屈折率モニターで使われる1e6の屈折率間の差は、空間的吸収モニターで問題を引き起こす可能性があります。これは箱型モニターで、全吸収パワーを測定する時は、問題になりません。詳細に関しては、Lumerical技術センターにご連絡願います。

解析的材質
解析的材質モデルは、下記のあらかじめ定義された変数を使った屈折率や誘電率の実数部や虚数部を、方程式で表して使うことができます。例に関しては、対応するページをご覧下さい。

例題と追加情報
Simple analytic material model
Graphene material (volumetric approach)
Checking material fits with the material explorer

実数部や虚数部を表す方程式で使うことのできる変数は次の通りです。
–f: 指定された周波数
-l0: 真空中での波長
-w: 2pif(角周波数)
-k0: 2*pi/l0(波数)
-pi: パイ(円周率)
-c: 真空中の光速度(3e8)
-x1,…,x10: 対象のパラメータを表す数値