金属境界条件から始める


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金属境界条件から始める

目標
このページでは、ほとんどのEigenmodeソルバーシミュレーションにおいて、金属境界条件から始めることがよい理由について説明します。時には、 PML境界がより良い選択である場合もあります。

説明
ほとんどのシミュレーションでは、デバイスの基盤や他の周辺の構造物は、シミュレーションの領域をはみ出しています。従って、境界条件のもっとも明確な選択はPMLで、シミュレーション境界で電磁場を吸収します。金属境界条件は、実際のデバイスが金属の箱で囲われていないので、選択される可能性が低いように見えます。このような状況にもかかわらず、通常、金属境界条件から始めることをすすめます。あるシミュレーションでは、最終的にはPMLを使いますが、大部分が金属境界を使用してシミュレーションすることができます。

モード電磁場がシミュレーション領域の端で非常に小さい場合は、境界条件の選択は基本的にはシミュレーション結果と無関係です。(境界付近の電磁場が0の時、境界条件は重要ではありません。)そのような場合、最も数値的に効果的な境界条件を選択し、物理的に正しい境界条件よりも多く使われます。金属境界条件は、PML境界条件よりも次の利点があります。

  1. 金属境界条件は、PMLよりもシミュレーションが早く行われます。
  2. PML境界は、非物理的PMLモードを発生するかもしれません。
  3. PML境界は、無損失系にもかかわらず、非常に小さい利得 または損失を発生させるかもしれません。

モード電磁場がシミュレーション領域の端で非常に小さい場合は、金属境界条件が通常最も良い選択となります。それらは、PMLと同一の結果を与えますが、上で述べたような問題をこうむることはありません。

PML境界は、シミュレーション領域の端まで伸びたモードに対して適用されます。この状況は、構造が完全に閉じ込められていないモードや電磁放射によるロスがある、ほとんどの場合に発生します。例えば、曲がった導波路を研究する時、曲がりによって輻射損失が引き起こされるので、PMLが使われるべきです。


関連ファイルは、非常に簡単な卵型導波路を含んでいます。スクリプトは、金属境界条件とPML境界条件の両方を使用した、この導波路に関する実行屈折率とモードプロファイルを計算します。下の図で示されるように、この2つのテストのモードプロファイルと実行屈折率は、非常に似ています。しかしながら、注意すべきいくつかの興味ある差異が存在します。

•The Metal simulation runs much faster than the PML simulation. 金属シミュレーションはPMLシミュレーションよりずっと早く終了します。
• 両方のモードプロファイルは多少異なっていますが、これらの違いはログスケールでのみ確認できます。いくつかの小さな違いが予想されます。なぜならば、金属境界条件は、シミュレーション領域の端で電磁場が0になっていますが、PMLでは0になっていないからです。

・PMLシミュレーションは、モード1が非常に小さい損失をもっていることを示します。(屈折率の虚数部)。
しかしながら、この値は数値的には0に対応します。