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RSoftとCODE Vによるメタレンズ譜柴とシミュレ`ション
聞喘ツ`ル:
}方のシミュレ`ションをMみ栽わせることで、メタレンズの譜柴に森議なシミュレ`ション返隈をごB初します。
嗤涓邨嵎閏篩贄魴(酷禽意禽)または畜潤栽襖盾裂(檎遺安粥)を聞喘して、さまざまな倖？のナノセルの了珎W决を柴麻し、肝に紳糞弔淵唏`ム三畄┐鯤荒辰靴董▲瓮織譽鵐困泙燭詫吉の了爛泪好を宥狛するビ`ムをトレ`スすることができます。この箭では、この鹸方のアルゴリズムを怏み栽わせたアプロ`チが屎鳩かつ紳糞弔任△蝓▲侫觜鷆抂婉戮任離瓮織譽鵐坤轡潺絅讒`ションと曳熟して、柴麻メモリと扮寂にする勣箔が寄嫌に受されていることを幣します。
はじめに
メタレンズは、その畠悶サイズが甘高僥ツ`ルでQうには掲械に寄きく、謹くのナノ夛を根んでいるため、フォトニックシミュレ`ションアルゴリズムを喘いた譜柴やシミュレ`ションが是yな夛悶であると冱えます。ナノ夛をシミュレ`ションするためには、FDTDのような畜なアルゴリズムを聞喘する駅勣があります。しかし、FDTDは麻コストが互く、かなりのコンピュ`タリソ`スを駅勣とします。ほとんどの冩梢侭でFDTDにより岷俊シミュレ`ションできる恷寄のメタレンズは岷抄方噴マイクロメ`トルであり、駅勣とされるものよりはるかに弌さいのがg秤です[1]。
しかし、g縞にはメタレンズ畠悶のダイレクト酷禽意禽シミュレ`ションは侑いなことに駅倬というわけではありません。このアプリケ`ションノ`トでは、メタレンズをよりg歓な勣殆に蛍盾し、倖艶に盾けるようにするアプロ`チを府初します。酷禽意禽や檎遺安粥などの畜なアルゴリズムを聞喘して、倖？のユニットナノセルの了爛轡侫箸鮗橡磴掘△修海らメタレンズ畠悶の了爛泪好を更廏します。
肝に、ビ`ム三畄 (BPM)やBeam Synthesis Propagation(BSP)などのより紳糞弔淵▲襯乾螢坤爐鰉辰い董▲瓮織譽鵐困鰺^する高の三瓩鬟轡潺絅讒`トします。三瓩砲弔い討蓮▲ロスバリデ`ションのため、揖じメタレンズ夛にしてBPMとBSPのI圭を聞喘します。
シミュレ`ションフロ`
メタレンズの來嬬には、光g了ナノセルの了爐嶷勣です。g鏡のナノセル坪のモ`ド三瓩砲茲詢始爛轡侫箸忙づく除貌議な容協は、ナノセル坪何の慌尅やO俊するナノセルからの孤hを涙篇するため、屎鳩ではありません畏1液。
云冩梢では、檎皆看韓岳の酷顎鉛鉛安粥閣掘(酷禽意禽)および禽庄韓韓姻温界岳珂或禽(檎遺安粥)ツ`ルを喘いて、ある鯉徨パタ`ンを隔つ倖？のナノセルの了珎W决を柴麻しました。1は、λ=532稼馨におけるナノピラ`とナノホ`ル(恣)、およびナノピラ`の海圭侘と鎗叔侘の鯉徨(嘔)において、号鯉晒された岷抄のv方として柴麻した了爛轡侫箸鯤召靴燭發里任后&稼恢壊沿;
1坤淵離團薊`とナノホ`ルのλ=532稼馨における了牴(恣)と呟なる鯉徨にする了牴(嘔)
ナノピラ`は屎の了爛轡侫箸髻▲淵離曰`ルは減の了爛轡侫箸鰉襪┐襪海箸苧鳩にわかります。また、鯉徨パタ`ンにはほとんど離いがなく、嶷勣なのは割野楕にv銭する号鯉晒された岷抄であることがわかります。
メタレンズのレイアウト
1に幣した了珎W决爆をもとに、メタレンズの光セルの岷抄は、その蒙協の泣での譜柴された了爛轡侫箸鬉犬Q協することができます。2に尖覽弔淵瓮織譽鵑離譽ぅ▲Ε箸鯤召靴泙后
このメタレンズの了爛廛蹈侫．ぅ襪蓮∧(1)に幣すとおりです。
ここで、λは襖L、Fは醜泣鉦xです。メタレンズは、v弼高(λ=532nm)にして、醜泣鉦xF=200μm、岷抄D=100μmで譜柴されています。
2坤淵離團薊`で更撹された尖覽弔淵瓮織譽鵐困療籌
恬撹するメタレンズをg縞にu夛辛嬬なものとするため、号鯉晒岷抄は360業の了爛轡侫箸辛嬬な0.45゛0.85μ馨の袈譴箸靴苫，个譴討い泙后3は、伏撹された貧芝のメタレンズの了爛泪好です。
3坤瓮織譽鵐困領始爛泪好
弌さな更夛での京永珂アルゴリズムの編^
京永珂は、朔圭郡符を深打せずに念圭三瓩鬟轡潺絅讒`ションする紳糞弔癖峽┐任后まず、岷抄20μ馨、鰻粥=0.25の弌侏メタレンズで、酷禽意禽アルゴリズムにする京永珂の編^を佩います。尖胎議な醜泣鉦宣は酷=17.3?馨です。4の恣迦は京永珂シミュレ`ションの潤惚で酷=16.96?馨、嘔迦は酷禽意禽の潤惚で酷=17.14?馨です。この曳熟から、このアプリケ`ションでは、京永珂が酷禽意禽と掲械によく匯崑することがわかります。
4叉永珂での柴麻潤惚(恣)と酷禽意禽での柴麻潤惚(嘔)
なお、京永珂の駅勣メモリは0.19赫、酷禽意禽は55赫で、匯違議なデスクトップパソコンでのシミュレ`ション扮寂はそれぞれ1.5蛍と130蛍でした。このように、京永珂は酷禽意禽と揖の潤惚を、寄嫌に玉いシミュレ`ション扮寂で誼ることができます。
より寄号庁な更夛での京永珂アルゴリズムの編^
5に岷抄=100?m、F=200?mのより寄きなテスト夛を幣します。 5の恣箸蓮▲ウシアンフィ`ルドを秘符高として聞喘したBPMのY惚です。麻貧の醜泣鉦xはF=200.1?mです。メモリは3.3GB RAM、侭勣rgは匯違議なデスクトップパソコンで4蛍でした。
5叉永珂での柴麻潤惚(恣)とv弼高(λ=532稼馨)、晦=200?馨における京皆永の柴麻潤惚(嘔)
FDTDで寄きなメタレンズを岷俊シミュレ`ションするには湯寄なメモリが駅勣になるため、eの三瓮▲襯乾螢坤爐任△襯轡離廛轡垢CODE V? Beam Synthesis Propagation(BSP)C嬬にしてBPMのY惚を編^しています。BSPは、そのg廾貧、ナノ夛の麗尖高僥シミュレ`ションを岷俊Qうものではありません。 その旗わり、3に幣すように、メタレンズを了爛泪好としてQいます。BSPのY惚は5の嘔箸吠召気譴討い泙后５辰蕕譴迅醫，離好櫂奪肇汽ぅ困L=200μmであることが_Jされ、BPMのY惚と並に匯崑しています。書指のシミュレ`ションでは、ノ`トパソコンで4GBのRAMを聞喘し、BSPシミュレ`ションにはs3蛍かかりました。
メタレンズの蛍柊
メタレンズの弼Р遒呂茲岑られた}です。蛍柊を屎_にモデル晒することは、弼Р遒里覆ぅ瓮織譽鵐困鯢莠討垢襪燭瓩琳慴なステップです。6に幣すように、冩梢鵑離淵離團薊`ではRGBの光襖Lにして掲械になる咾鯤召掘▲淵離團薊`坪の慌尅によって楳とvの高にして識飾な了篁がk伏していることさえあります。
6坤淵離團薊`の蛍柊蒙來
貧の爆に児づいて、楳と橿の高の了爛泪好を伏撹することができます。これらの伏撹された了爛泪好とBSP三瓩鯤荒辰靴董▲瓮織譽鵐困僚控秕琺xが楳弼高で223um、橿弼高で161nmと麻されます。曳^のために、メタレンズのダイレクトBPMシミュレ`ションも佩いました。BPMによって麻された醜泣鉦xは223μmと161μmで、BSPのY惚と匯崑しています。 ビ`ムプロファイルのRMSフィットは、それぞれのケ`スでおよそλ/100でした。
京永珂での三畆橡磴僚畊と醜泣におけるビ`ムプロファイルを7に幣します。
7叉永珂での柴麻潤惚(恣)と楳弼高(λ=470稼馨)、晦=220?馨における京皆永の柴麻潤惚(嘔)
8叉永珂での柴麻潤惚(恣)と橿弼高(λ=650稼馨)、晦=160?馨における京皆永の柴麻潤惚(嘔)
まとめ
ここでは、RSoftのFullWAVEやDiffractMODを聞喘して？のメタレンズナノセルをシミュレ`ションし、BeamPROPやCODE VのBSPC嬬を聞喘してメタレンズ畠悶を宥^する高の三瓩鬟轡潺絅讒`ションすることにより、g喘議なメタレンズを譜柴し、シミュレ`ションするための森議なアプロ`チをg^しました。ここでB初したテスト箭は、これがg佩辛嬬なアプロ`チであり、娼業と麻リソ`スの紳糞弔癖荒辰I圭を戻工することをg^しています。
云坪否にvするお諒栽せ
云ペ`ジでご府初した並箭をもっと蠅靴療きたい、旋喘したu瞳について倖艶に府初して圀しいなどご勣李ございましたら、お毫Xに和芝ボタンよりお諒栽せください。
強鮫を需る
ビデオ
メタレンズの譜柴とシミュレ`ションのための森議なアプロ`チ
云啝では、メタレンズの夛の譜柴とシミュレ`ションの森議なアプロ`チについてごB初しています。