PDMS 투과율 Oscilation

PDMS의 투과율을 확인하기위해 (굴절률 1.4인) material을 만들어

투과율을 얻었습니다. 하지만 oscillation 이 너무 심하게 나와서 무슨 문제인지 궁금합니다.


이와 같이 나왔고, 모델은 다음과 같습니다.
test.fsp (7.8 MB)

또한 원하는 그래프는 다음과 같습니다.
image

시뮬레이션에 두께가 100 um 인 구조물을 포함시킴으로써 시뮬레이션의 영역이 아주 커졌습니다. 그 결과 구조물 내에서 multiple reflection 을 일으키는 field 가 시뮬레이션 영역으로 빠져나가기까지는 상당히 긴 시간이 필요한데, 현재 사용한 20,000 fs 로도 시뮬레이션이 아직 auto-shutoff level 에 도달하지 않고 종료가 되었습니다. 이는 ‘FDTD’ 개체의 Result view 에서 ‘status’ 값이 ‘1’ 인 것으로 보아 알 수 있습니다.

시뮬레이션이 auto-shutoff 전에 일찍 종료하게 되면, 흔히 나타나는 현상이 transmission/reflection spectrum 에 ripple 이 생기는 것입니다. 이 문제를 막으려면 시뮬레이션 시간을 더 늘려줄 필요가 있습니다.



이와는 별개로, 시뮬레이션 영역이 너무 커지면 grid dispersion error 가 쌓이게 되며, 이를 줄이기 위해서는 다시 mesh 를 더욱 촘촘하게 해야 됩니다. 그러면, 큰 영역에 걸쳐 mesh 가 아주 촘촘해져야 하므로, 메모리 및 시뮬레이션 시간이 아주 길어져서 시뮬레이션이 불가능해질 수도 있습니다. 그 큰영역을 반드시 포함을 시켜야 한다면, computing resource 를 감당할 수 있을만큼 늘리지 않고는 해결하기가 힘들 가능성이 높아 보입니다.

두꼐를 줄여도 값이 안나오는데, 얼마나 줄여야 보통 결과가 나오나요?

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test.fsp (7.8 MB)

앞의 답변에서 한가지 빠뜨린 것이 있는데, 그것은 finite 한 두께의 층을 시뮬레이션에 포함할 경우 Fabry-Perot resonance 가 일어난다는 것입니다. 두꺼운 층일수록 이웃한 resonance 간의 간격이 좁아지게 됩니다. FP resonance 의 주된 특성중의 하나가 단 파장으로 갈수록 resonance peaks 간의 간격이 좁아진다는 것입니다. 그리고, 두꺼운 층일수록 resonance peaks 이 더 좁아집니다. 그 층이 아주 두꺼운 경우, monitor 에 사용한 frequency points 수가 충분하지 않으면 그 spectrum 을 그대로 표현할 수가 없게 되며, 그 결과 첫번째 100 um 두께의 경우 spectrum 이 일반적인 FP resonance 와는 좀 다른 모습을 보이는 것입니다. 따라서, 이 그림에서 보이는 resonance 는 physical 한 것이며, 시뮬레이션상의 오류가 아닙니다.

앞서 보인 “원하는 그래프” 의 결과는 아마 resonance peak 의 간격이 아주 좁아서, 측정하는 detector 로는 파장을 resolve 하는데 한계가 있을 것이며, 그 resolve 할 수 있는 한계를 \(\Delta \lambda \) 라고 한다면, 특정 파장에서의 결과를 구할 때 이 \(\Delta \lambda \) 내의 결과를 averaging 한 것을 주지 않을까 짐작해봅니다. 아니면, sample 에 anti-reflection coating 이 되어있다면 FP resonance 를 줄여줄 수 있으므로, 그러한 방법을 사용하고 측정한 것일 수도 있을 것입니다.