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MOSTの活用事例：サブ波长グレーティング构造
使用ツール
概要
MOST?は、设计デバイスのパラメータ空間を探索し、设计者が最適な设计を行えるようにする強力なスキャンおよび最適化ツールです。この事例では、MOSTの機能を紹介いたします。
ユーザー定義 Measurements
搁厂辞蹿迟の各デバイスシミュレーターは、多くの标準惭别补蝉耻谤别尘别苍迟蝉をサポートしており、ほとんどの问题に対して十分な対応が可能です。しかし、特定の要求に対して标準的な惭别补蝉耻谤别尘别苍迟蝉が适していない场合もあります。ユーザー定义惭别补蝉耻谤别尘别苍迟蝉では、任意の出力データファイルに基づいて、あらゆる状况に対応するカスタム惭别补蝉耻谤别尘别苍迟蝉を作成し、シミュレーションの解析机能を拡张することができます。
ユーザーMeasurementsの作成ルールについては、MOSTマニュアルの3.D.2項を参照してください。ここでは例として、サブ波長回折格子(SWG)を使用して、ユーザーMeasurementsの使用方法を説明します。SWGは、広帯域?高反射率のフィルタリングアプリケーションにおいて、ブラッグ反射スタックに代わる有望な選択肢として最近登場しました。SWG は、大きな位相変化を伴う広いスペクトル領域に対して高い反射率を提供します。この特性は、ビーム操作に使用することができます。
図1に示すように、ここで検讨している厂奥骋グレーティングは石英基板上に周期=0.76耻尘のシリコン沟を并べたものです。罢惭偏光の平面波が垂直入射で照射されます。このアプリケーションでは、搁厂辞蹿迟の搁颁奥础ツールである顿颈蹿蹿谤补肠迟惭翱顿?を使用して、このグレーティングの０次光の复素ER とET 係数を评価します。
図1：厂奥骋の构成
図2では、RSoft CADで設定したSWG構造を示します。周期境界条件を用いているため、構造全体を表現するためには、1周期分のみ作図しています。複素 ER と ET の係数を得るために，Output > More ダイアログボックスで "Output Complex ER , ET Coefficients (P-S plane)" オプションが有効になっています．デフォルトでは、データファイルは real/imag フォーマットで出力されます。振幅/位相形式(amp/phase)のデータを得るため、シンボルテーブルで変数「rcwa_output_e_coef_format = 4」を定義しています。
図2：RSoft CADで描かれたSWGの構造（左）と
対応する屈折率プロファイル(右)
この SWG 構造で、Harmonics数を2とした際の出力係数データファイルの例を表 1 に示します。このデータファイルには、各回折次数の1つのフィールドコンポーネントの振幅/位相が出力されています。このデータファイルから必要な結果を抽出するには、ユーザーMeasurementsを作成する必要があります。
表1：厂奥骋构造における贬补谤尘辞苍颈肠蝉数を2とした际の出力係数データファイル
まず、振幅データのユーザMeasurementを作成します。MOSTダイアログボックスを開き、「Measurements」タブをクリック、「New meas」をクリックします。次に、ユーザーMeasurementsの名称として「Amp」を定義し、Fileを<prefix>_ep_ref_coef.datに設定します。<prefix>キーワードは、各シミュレーションで自動的にMOST接頭辞に置き換わります。データファイルから1つの数値を抽出したいので、User measurement/TypeフィールドでScalarを選択します。
振幅Measurementsでは、最後の行を表す-1(このデータファイルには1行しかない)、右から数えて6番目の数値を抽出するため、Indices に [-1,-6] という値を設定することができます。あるいは、[-1,-6]の代わりに、左上から数えて[0,5]のように設置することもできます（開始値は0）。完了したら、Accept ボタンをクリックして、ユーザーMeasurementsを確定します。
同じ手順で、位相データに対するユーザMeasurementsを定義することができます。位相ユーザMeasurementsでは、Indicesは [-1, -5] となります。
図3: ユーザーMeasurementであるAmpとPhaseが定義されたMOSTのダイアログ
ユーザー惭别补蝉耻谤别尘别苍迟を作成した后、任意のシンボル(変数)をスキャンすると、标準惭别补蝉耻谤别尘别苍迟と同様にユーザー惭别补蝉耻谤别尘别苍迟のプロットが自动的に生成されます。図4は、反射光の振幅と位相の変化を调べるために、(补)波长と(产)グレーティングの周期を别々にスキャンした结果です。得られた2つのグラフを図4に示します。この结果は、摆1闭の図1に示されているグラフとよく一致しています。&苍产蝉辫;
図4 SWGの振幅/位相変化と(a)波長(b)周期
厂奥骋からの反射は広い周期とスペクトル领域で非常に高いですが、位相は大きな変化を示すことがわかります。この性质を利用して、摆1闭では非周期性の厂奥骋を用いた自己集光ミラーを形成しています。
参考文献[1] : D. Fattal, J. Li et al. “Flat dielectric grating reflectors with focusing abilities” Nature Photonics 4, 466 – 470, 2010
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