나노와이어의 Q계산에 대해 질문드립니다

안녕하세요

Reference: Nanomanipulating and Tuning Ultraviolet ZnO-Nanowire-Induced Photonic Crystal Nanocavities

FDTD사용자입니다.

해당 시스템에서 나노와이어의 Q값을 계산하려고 합니다.

(photonic crystal에 해당하는 air hole과

그 사이의 line defect가 있는 구조이고 line defect에 groove가 있으며

내부에 나노와이어가 있습니다.)

lattice constant를 변화시키면 Q값이 어떻게 변하는지를 확인해보려고 하는데,

2D와 3D에서의 Q값의 차이가 10배 가까이 차이나는 것을 볼 수 있었습니다.

이러한 원인을 z축에 대한 loss를 무시하였기 때문이라고 생각하였는데

제가 생각한 것이 물리적으로 의미가 있는지 궁금합니다.

또 나노와이어의 Q값을 계산하기 위한 방법이 틀렸다면

어떻게 계산하는게 바른 것인지도 알려주시면 감사하겠습니다.

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160nm.fsp (1.6 MB)

2D 시뮬레이션을 한다는 것은 z 방향으로는 구조물이 infinitely periodic 하다고 가정한다는 것을 의미합니다. 따라서, 이 경우 시뮬레이션에 반영된 구조물은 z 방향으로 두께가 무한한 quad_extpoly 와 hex_pc 가 되므로, 3D 시뮬레이션에서 그 두께가 finite 하게 설정된 구조물과는 근본적으로 다른 것입니다. 따라서, 이 둘의 경우에 계산된 Q 값 및 resonance frequency 특성은 당연히 차이를 보일 수 있습니다.

원하는 것이 3D 구조물에서의 resonance 특성이라면, 3D 시뮬레이션을 하는 것이 바람직합니다. 하지만, 시뮬레이션 영역이 커서 메모리 및 시뮬레이션 시간이 부담이 된다면 symmetry/anti-symmetric boundary 를 적절히 적용하시기를 바랍니다.

이와는 별개로 현재의 시뮬레이션에서 “cylinder” 구조물의 mesh 가 다소 엉성하여서 구조물의 곡면을 시뮬레이션에 제대로 반영을 하지 못하고 있습니다. 따라서, 이 부분의 mesh 를 좀 더 촘촘히 해 줄 필요가 있습니다. 모든 시뮬레이션은 최종적으로는 mesh accuracy 를 높여가며 convergence test 를 해주어야 결과를 신뢰를 할 수 있습니다.

아울러, y 방향으로 PC 가 주기적으로 배열되는데, 이러한 경우 PC 를 pml 영역 바깥까지 배치를 시켜주고, pml 설정에서 “extend structure through pml” 부분을 unselect 해주는 것이 바람직합니다.
https://kb.lumerical.com/ref_sim_obj_extending_structures_through_pml.html