Transmission 계산값의 차이 - FDTD vs. Transfer matrix method

fdtd
transmission

#1

안녕하세요. 막 FDTD soultion을 사용하는 초보입니다.

시뮬레이션을 공부하면서 돌리다가 잘 안되는 부분이 있어 이렇게 문의드립니다.

FDTD soultion을 이용하여 박막 적층 구조(delectirc multilayers) 설계하여 Transmittance을 볼려고 합니다.

기존의 matlab으로 만든 transfer matrix method 방식의 결과랑 비교하였을 경우 입사각 40도 부터 결과가 다르게 나옵니다.

아래 그림은 matlab으로 본 투과율 그래프입니다.

다음은 제가 FDTD soultion 툴을 이용하여 설계한 구조입니다.
cavity.fsp (277.3 KB)

무엇인지 문제인지 가르쳐주세요…

읽어주셔서 감사합니다.


#2

안녕하세요.

시뮬레이션의 모든설정이 제대로 되어 있다고 하면, FDTD Solutions 를 이용한 transmission 계산값과 transfer matrix method 를 이용한 이론치가 일치하여야 합니다. 시뮬레이션 파일을 살펴본 결과, 위의 차이는 broadband planewave 의 angled injection 이 주된 원인으로 보입니다. 다음의 페이지에 이와 관련한 설명이 있으니 살펴보시기를 바랍니다.

https://kb.lumerical.com/en/index.html?ref_sim_obj_broadband_injection_angles.html

이와 같은 문제를 해결하기위해서는 두 가지 방법이 있습니다.
i) Broadband source 를 사용하되, planewave type 을 BFAST 로 선택
ii) Bloch boundary 와 함께 single frequency source 를 사용하고, frequency 를 sweep

BFAST 에 대한 상세한 설명은 다음의 페이지를 참고하시기 바랍니다.
https://kb.lumerical.com/en/index.html?ref_sim_obj_sources_bfast.html

이론적으로 구한 transmission spectra 를 보면 전반적으로 smooth 한 경향을 보입니다. 이런 경우에는 spectrum 을 제대로 resolve 하기위해 아주 많은 frequency points 를 사용할 필요가 없으므로 single frequency sweep 을 사용해도 무방한 것으로 보입니다.

Injection angle 이 커지면, PML 에서 반사가 일어나는 성분이 커질 수가 있으므로, PML layers 를 늘려주면서 결과값이 변하지 않는 지를 확인할 필요가 있습니다.

참고로, Lumerical 에도 transfer matrix method 를 이용하여 analytical 하게 multilayer 에서의 transmission / reflection 특성을 계산할 수 있습니다. 다음의 stacrt 스크립트 페이지를 참고하시기 바랍니다.
https://kb.lumerical.com/en/index.html?ref_scripts_stackrt.html