PML 경계조건에 가장 적합한 profile을 선택하는 방법

scpml
pml
boundaryconditions

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이번 포스트는 아래 원글을 바탕으로 번역하여 작성되었습니다.
Original post: Choosing the most appropriate profile for PML boundary conditions by @fgomez

미리 정의되어 있는 PML(perfectly mathced layer) 종류 중에 하나인 streched-coordinate PML (SCPML) 경계조건은 아래 그림과 같이 standard, stabilized, steep angle, custom 크게 4가지 profile로 구분됩니다 :

kappa, sigma, alpha 등의 PML 매개변수을 이용하여 적합한 설정을 할 수 있습니다. 사용자 편의에 따라서 layers의 개수를 변경할 수 있습니다. 이것은 원하는 결과를 fine tuning하기 위한 일반적인 설정입니다.
PML 거동을 살펴보기 위해서 모든 세팅을 변경하기 원한다면, “custom” profile을 선택할 수 있습니다. 그러나 이것은 고급세팅에 해당하므로 적합한 시뮬레이션을 수행하기 위해서는 적절한 테스트 과정이 필요합니다.

미리 정의된 PML profiles은 대부분의 어플리케이션에 제대로 작동합니다. 올바른 profile을 선택하는 방법에 대해서 아래와 같은 간단한 가이드라인을 제시하겠습니다.

  • Standard: 대부분의 경우에 적합한 방법이며, 모든 경계조건이 PML 혹은 대칭 (symmetric/anti-symmetric) 경계조건이 부여된 상황에 특별히 적합한 방법입니다. 만약 어떤 PML을 사용할지 확실지 않다면 이것은 적합한 PML 경계조건을 찾아가는데 좋은 출발점이라고 할 수 있습니다.

  • Steep angle: 아래 그림처럼 PML이 가파른 각도로 빛을 흡수하는 경우에 사용됩니다. 주기적인 구조에 대칭(symmetry/anti-symmetric) 경계조건을 결합했거나, 최소 하나 이상의 경계에 Bloch 경계조건을 부여한 경우에 이렇게 가파 른각도로 빛이 PML 경계에 흡수하는 현상이 발생할 수 있습니다. 나노와이어 grating을 통해서 빛이 통과하는 아래 예처럼, plane wave와 같은 입사광(source)이 수직하게 구조체에 조사되는 경우라 할지라도 빛은 PML 경계에 가파른 각도로 도달할 수 있습니다.

  • Stabilized: PML로 인해서 시뮬레이션이 발산하는 경우에 한해서 사용합니다 (참고: https://kb.lumerical.com/en/index.html?layout_analysis_diverging_simulations.html). 이 세팅은 더 많은 PML 층을 포함하기 때문에 시뮬레이션 시간은 더 길어집니다. 또한, stabilized 세팅은 만약 다른 PML profiles을 사용할 때 나타나지 않았던 발산하는 현상이 나타날 수 있으므로, 이 세팅은 꼭 필요한 경우가 아니라면 추천드리지 않습니다.