좁은 파장 대역을 가지는 소스를 사용하고 싶습니다.


#1

안녕하세요, 소스의 파장 대역 자체를 좁게 설정하여 사용하고 싶습니다. 20 nm 이하에서 레이저처럼 몇 나노까지 밴드 폭을 줄이고 싶은데 홈페이지 예제처럼 소스 설정 창에서 set time domain에서 pulase type을 standdard 로 해서 밴드폭을 줄이려하면 펄스 길이가 너무 길어 펄스가 아닌 긴 시간에 연속적인 소스가 들어가게 되고, broadband 로 하여 밴드폭을 조절하면 사진과 같이 그 파장 대역에서만 높은 세기를 가지는 파가 spectrum vs wavelength 창에서 그래프로 그려지게 되서 그 외 파장에서는 낮은 세기의 빛이 여전히 입사되고 있을 것 같습니다. 어떤 식으로 설정해야 원하는 밴드 폭을 가지는 소스를 사용할 수 있나요?


#2

안냥하세요, @bokyung.

아래 Edit plane wave source 창의 Frequency/Wavelength 탭에서, set time domaind 단추를 클릭해서 활성화시켜 주시면 pulselength (fs)를 조절할 수 있습니다. pulselength의 크기를 키울수록 broadband source의 대역폭 혹은 FWHM이 줄어들게 됩니다. 이 값을 적절히 조절하면 원하는 수 nm의 대역폭을 갖는 source를 설정할 수 있습니다.


#3

네… 그 방법은 이미 써보았는데요… Pulse length 가 너무 늘어나서 오래동안 빛이 입사하더라구요… 원래 펄스처럼 20 fs 이내로 빛을 줄 수는 없나요? 그리고, 왜 pulse length 를 늘리면 밴드폭이 작아지는지 알 수 있을까요?


#4

현재로서는 pulselength를 늘리지 않고서는 원하시는 수 nm의 대역폭을 맞출 수가 없습니다. 이렇게 대역폭을 극단적으로 줄일 경우 말씀하신 것처럼 다수의 pulse가 light source에 포함되어서 simulation time도 길어지게 됩니다. 일반적으로 pulse length(fs) 는 대역폭과 반비례관계가 있습니다. broadband source에서는 단일 파장을 갖는 입사광을 주입하는 것이 불가능한 것으로 알고 잇습니다. set time domain 옵션을 선택하지 않은 상태에서 wavelength start와 stop을 원하시는 파장 예를 들어 610 nm 로 동일하게 설정합니다.
상단 메뉴바에서 Monitors - Global Properties를 선택하면 아래 그림과 같이 Edit global monitors options 창이 나옵니다. 여기서 frequency points를 1로 설정하시면, 610 nm 단일 파장에서의 field 정보를 power 혹은 profile monitor에서 저장할 수 있습니다.


#5

우선, time signal의 폭 (pulselength)을 늘리면 spectrum 의 bandwidth 가 줄어드는 이유는 spectrum 이 time signal 을 Fourier transform (FT) 하여 얻어지기 때문입니다. ‘Source Edit’ 에 나오는 time signal 은 그 amplitude 가 Gaussian 모양을 가지게 되는데, 이것의 FT 결과도 Gaussian 이 됩니다. 하지만, time domain 에서 폭이 커지면 frequency domain 에서의 FT 결과는 그 폭이 좁아지는 관계에 있습니다.

http://mathworld.wolfram.com/FourierTransformGaussian.html

Pulselength 와 bandwidth 의 곱을 time-bandwidth product (TBP) 라고 하는데, 이 TBP 값은 Transform-limited pulse 의 경우 상수값을 취하며, 사용하는 pulse 의 모양 (Gaussian, Sech^2, Lorentzian)에 따라 조금씩 달라지게 됩니다. 어떤 source 의 TBP 값이 다른 source 에 비해 작다는 것은, 두 source 가 동일한 pulselength 를 가진다고 할 때, bandwidth 가 상대적으로 더 작다는 것을 의미합니다.

이처럼, pulselength 와 bandwidth 의 inverse 관계로 인해, FDTD Solutions 에서pulselength 와 bandwidth 를 동시에 임의로 작게 할 수 있는 방법은 없습니다.

위의 답변과는 조금 다른 내용이지만, 위와 같은 source 를 사용하고자 하는 이유가 무엇인지, 어떤 결과를 얻고자 하는 것인지 궁금하군요. Nonlinear 시뮬레이션이 아닌 대부분의 시뮬레이션에서는 굳이 custom source 를 사용하지 않고도, 기본설정에 의해 구해지는 response 로부터 원하는 결과를 도출해 낼 수가 있습니다. 원하는 결과에 대한 추가 정보를 주시면 살펴보고 어떤식의 접근법이 타당한 지 의견을 드리도록 하겠습니다.

Custom time signal
Using impulse response - response to arbitrary input