mesh 설정값에 대한 문의 드립니다.

fdtd

#1

안녕하세요.
성균관대학교 권준환이라고 합니다.

신경 세포의 특수한 구조에서 발생하는 반사광을 분석하고자 합니다.
먼저 가장 궁금한 것은
신경 세포의 myelin이라는 multilayered archiecture 구조에서 각 layer의 두께가
수 나노(2nm 이상)으로 구성되어 있는 구조물을 묘사하고자 structure 메뉴에서
ring과 circle 구조물을 이용해서 만들어보았습니다.

이런 규모의 multilayer 구조에서 발생하는 interference를 측정하고자 할 때,
mesh의 size를 얼마로 두어야하는지 궁금합니다.
그리고 각 구조물에 mesh order는 어떤 기능을 하는지 정확하게 모르겠습니다.
mesh order를 높은 순위로 배열할 수록 어떤 변화가 있는지 알고 싶습니다.

감사합니다.


#2

안녕하세요.

mesh size 를 어느 정도로 잡아주어야 하는가는 다루고자하는 구조물의 모양과 크기에 따라 다릅니다.
직사각형과 같은 구조물은 FDTD 의 사각형 mesh 로 아주 잘 표현이 되기에 mesh 를 좀 엉성하게 잡아도 시뮬레이션 결과가 잘 수렴이 되지만, 원형이나 구형은 보다 촘촘한 mesh 를 사용하여야 설정한 모양을 시뮬레이션에 잘 반영할 수 있게 됩니다. 하지만, 어느 경우에라도 mesh 의 크기를 줄여가면서 시뮬레이션 결과값이 잘 수렴해가는 지를 보는 convergence test 를 반드시 거쳐주어야 신뢰할 만한 값을 얻었다고 하겠습니다.

우선, 첨부한 파일 [ meylin_mesh_order.fsp (237.3 KB) ] 에서와 같이 mesh override 영역을 설정해 주고, 가장 얇은 층에 최소한 5개 정도의 mesh 가 지나가도록 mesh 크기를 잡아주고, 점차로 두께당 mesh 의 숫자를 높여주면서 수렴정도를 살펴보면 될 것 같습니다.

mesh order 는 구조물들이 겹쳐지는 영역이 있을 때, mesh order 에 지정한 숫자의 값이 작은 구조물이 우선권을 가지는 것으로 되어 있습니다.

다음의 링크에 상세한 설명이 있으니 참고하시기 바랍니다.

https://kb.lumerical.com/en/index.html?materials_mesh_order_optical.html

겹쳐지는 영역이 있는 구조물의 경우에는 index monitor 를 통해 제대로 mesh order 가 설정이 되었는 지 아래와 같이 확인하는 과정을 밟는 것이 좋습니다.


#3

안녕하세요, @thefreely

Mesh order와 mesh size는 @skim께서 언급해주신 설명과 첨부파일을 통해서 그 내용을 충분히 습득하실 수 있습니다. 여기에 추가적으로 모델링 관련하여 몇 가지만 말씀드리겠습니다. 아래 그림처럼, 뉴런의 구조가 크게 neurofibrils을 포함하는 axon, 이를 둘둘말고 있는 myelin sheath, myelin의 층 사이를 채우고 있는 Shwann cell로 구성되어 있다면[1, 2, 3], 둘둘말려있는 spiral 구조는 KB 사이트의 복잡한 구조물 생성하기 웹페이지를 통해서 모델링하실 수 있습니다. 여기서 모델링을 좀 더 구체적으로 수행하기 위해서는 myelin sheath, axon, Schwan cell 등의 굴절률(refractive index, n)을 알고 있어야 합니다. 제가 찾아본 참고문헌[4]에서는 myelin sheath의 굴절률은 n = 1.455로 나와있으며, 그 외의 물질에 대해서는 추가로 찾아보시면 됩니다. (참고문헌에서 나온 굴절률과 직경 데이타 - myelin fibers (n =1.455, d = 0.48μm), nuclei (n=1.39, d=2.5μm), mitochondria (n=1.42, d=0.3μm))

axon의 직경, myelin 층의 개수, Schwann cell, axon, myelin의 굴절률 등을 고려하시어 (만약 Schwann cell 직경의 크기가 단위 cell 축방향 길이에 비해서 10 배 이상 작다라고 가정하면), 우선은 축방향(z축)에 대해서는 변화량을 0으로 가정할 수 있는 2차원(xy 평면) 시뮬레이션을 고려해 보셔도 좋을 것 같습니다. 모델링 및 시뮬레이션 관련하여 더 질문이 있으시면 추가로 질문하셔도 괜찮습니다.

감사합니다.