varFDTDとEMEについて


#1

3D FDTDは時間がかかるのでMODE solutionを使うことを考えています.MODE solution内のどのソルバーが三次元構造を解析するのに適しているか知りたいのですが,knowledge baseの以下の文が理解できません.

“For planar geometries where there is negligible coupling between vertical modes, varFDTD can achieve accuracy comparable to 3D FDTD with computation times comparable to 2D FDTD. For 3D geometries where there is coupling between vertical modes, EME is a frequency domain method that offers a good alternative to 3D FDTD because its computational requirements scale exceptionally well with distance.”

ここでvertical modesは何を意味するのでしょうか.


#2

リング共振器のような垂直方向のモード結合が無いSOI平板構造の多くはvarFDTDで生成可能です.こちらを参考にしください.しかしながら,varFDTDでは扱えない構造もいくつかあります.varFDTD solverの動作原理に関する説明から以下の文章を抜粋します.

The varFDTD solver is based on collapsing a 3D geometry into a 2D set of effective indices that can be solved with 2D FDTD. This works best with waveguides made from planar structures, as the main assumption of this method is that there is little coupling between different supported slab modes. For many devices, such as SOI based slab waveguide structures, that only support 2 vertical modes with different polarization, this is an excellent assumption.

垂直方向のモード結合

varFDTDは垂直方向にモード結合がない平板構造を解析するために設計されています.解析構造が二次元の実効的な構造に変換される際に,ソルバーによって計算されるモードは平板導波路に保持される平板モードです.垂直方向にモードの結合がある場合,この近似は成り立ちません.以下は垂直方向に結合がある場合のスポットサイズコンバータの例です.以下のスクリーンショットは入射のシリコン細線と出射のポリマー導波路の垂直方向のモード分布を示しています.その下のxz平面のモード分布は光のスポットサイズがどのように変換されていくか示しています.



従って,この例を解析するのにvarFDTDは適しておらず,EMEソルバーが推奨されます.

偏光変換

varFDTDの設定画面では変更の設定が必要になります.言い換えれば,TEモードを選択した際はTEモードのみが考慮されるということです.TE偏光とTM偏光間で変換がある場合には,この偏光変換器の例のように,varFDTDではなくEMEソルバーを用いるべきでしょう.

非平板構造

ファイバのような非平板構造を用いる場合,EMEもしくはFDEがお勧めです.ここに例を示します.


どのソルバーがどんなモデルに適しているかもう少し詳しく知りたい方はこちらを参考にしてみてください.