주기적으로 반복하는 금속-유전체-금속 구조에서 주기와 같은 파장이 입사할 때 반사도 오류

안녕하세요, 울산과학기술원 전기전자컴퓨터공학부 권민석 교수님 연구실 소속 대학원생 서지훈입니다.

주기적인 금속-유전체-금속 구조의 반사 스펙트럼을 FDTD를 통해 계산하는데 문제가 발생해서 연락을 드리게 되었습니다.

주기적인 금속 유전체 금속 구조.fsp (541.1 KB)
Picture1

해당 구조의 2D 시뮬레이션 구조는 다음과 같습니다.

  • 구조: 금속(Al) - 유전체(Al2O3) - 금속(Al)
  • 주기: 6 μm
  • 상부 금속 구조물의 너비(W): 1~2 μm
  • 3개 층의 두께는 모두 0.1 μm
  • 입사되는 파장의 범위: 3~9 μm

위의 구조에서 상부 Al의 너비를 1 μm에서 2 μm까지 0.2 μm씩 변화시켰을 때, 3~9 μm의 파장을 입사시켰을 때, 아래의 그림이 시뮬레이션에서 얻은 반사 스펙트럼입니다.

그림에서와 같이 구조물의 주기와 입사되는 파장이 서로 일치할 때, 그 결과 구조물의 주기와 같은 6 μm에서 반사도가 제대로 계산되지 않는 결과를 보여주고 있습니다.

이와 같이 구조의 주기와 입사되는 파장이 일치할 때 발생하게 되는 Numerical error를 어떤 방법을 통해 줄일 수 있는지 질문드립니다.

감사합니다.

주기적인 구조의 transmission/reflection spectrum 에서 주기에 해당하는 파장에서 artefacts 가 나타나는 것은 완전히 제거하기가 힘듭니다. 다음의 페이지에 그 원인과 해결책이 언급되어 있으니 참고하시기 바랍니다.


시뮬레이션 파일을 살펴보면, custom setting 에 의존한 부분이 많은데, 각각이 주는 영향을 정확히 이해하고 있지 않다면, 제공되는 기본 설정을 가능한 한 많이 이용하시기를 바랍니다. 위의 plot 에서 폭이 1.2 \(\mu m\) 일때, discontinuity 가 가장 심하고, 또한 ripple 도 심한 데, 이 경우에 PML profile 을 ‘steep angle’ 로 바꾸고, layer 수를 48 로 증가시키면 다음과 같이 보다 개선된 결과를 얻을 수 있습니다. 다른 경우에도 적용을 해보시기 바랍니다.

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