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光学分野

メタマテリアルに基づく部品設計とシミュレーション

メタマテリアルは自然界の材質にはみられない特徴的な電磁特性を示し、さまざまな種類があります。新しいメタマテリアルの開発では、マテリアルのバルク特性とマテリアルを構成する素子の解析をシミュレーションにより行うことができます。共振器の設計から部品の実装に至るまでのワークフローを通してCST STUDIO SUITEが活用された事例をご紹介します。

プラズモン ナノアンテナのシミュレーション

論文"Comparison of electromagnetic field solvers for the 3D analysis of plasmonic nano antennas" by Johannes Hoffmann, Christian Hafner, Patrick Leidenberger, Jan Hesselbarth, Sven Burger, Proc. SPIE Vol. 7390, pp. 73900J-73900J-11に基づくナノアンテナのシミュレーションです。直径 80nm の金材質の球を二つ並べ、その間の僅か 1nm の間隔に生じる電磁界分布を時間領域と周波数領域でそれぞれ計算しました。どちらのソルバーでも、論文に記載された基準解(半解析解)とほぼ一致する結果が得られました。

光増幅器の非線形シミュレーション

三次非線形のSOI導波路を光領域でモデリングした事例です。非線形性が縮退四波混合効果をもたらし、導波路を光増幅器として使用する道が開けます。

フォトニック結晶空洞のシミュレーション

CST MW STUDIOのトランジェントソルバーを使用して、点欠陥のあるフォトニック結晶空洞を計算した事例です。空孔を一点欠落させた高屈折率スラブの三角格子を使用し、共振周波数とQ値(intrinsic Q)と共振モードにおける電磁界分布を求めます。

CST MW STUDIOによる光学構造の特性評価

Hamburg University of TechnologyのStefan Prorok氏によるプレゼンテーション。光導波路で構成されるリング共振器やフォトニック結晶の光伝搬をCST MW STUDIOで計算してQ値を得ることができます。事例では、赤外線反射3Dフォトニック結晶の無限周期構造を例に、伝搬スペクトラムの角度依存性を周波数領域ソルバーで評価しています。最後に、GHz電気-光振幅変調器の応用を想定した2Dフォトニッククリスタル共振器について検討しました。(英語)

光ピンセットの電磁界シミュレーション

光領域における近傍界分布を計算した事例です。論文”Theory of Nanometric Optical Tweezers&dquo; by Lukas Novotny, Randy X. Bian, and X. Sunney Xie, Physical Review Letters, Volume 79, No. 4, 28 July 1997. に基づき、金属オブジェクトと誘電体オブジェクトにDrude 分散材質プロパティを定義し、シミュレーションを行います。

LHM Split Ring Resonators(SRRs)における後進波伝搬

スプリットリング共振器(SRRs)の密配列構造は電磁波結合効果によってジャイロトロピックな双異方性媒質の特性を示す、との論文に基づく解析例です。特定周波数範囲において負の屈折率を示すSRRs媒質の内部で後進波が伝搬する様子を、CST MW STUDIOのシミュレーションで観測しました。

テラヘルツ領域:金属誘電体の広帯域近傍界アンテナ

アンテナをベースとする近傍界のイメージングと分光は、マイクロ波からテラヘルツ領域におよぶ広帯域のパルス電磁放射と連続波の両方に応用可能です。CST MW STUDIOでアンテナモデルを作成し、シミュレーションを行った事例をご紹介します。

DNG(Double Negative)材質のモデリング

誘電率と透磁率が共に負であるDNG材質の解析事例です。CST MW STUDIOの分散材質モデルを使用してシミュレーションを試み、モデルの有効性を確認しました。

プリント基板のシグナルインテグリティとパッケージ設計

Avago Technologies, Inc. のZ. Shen氏によるプレゼンテーション(Innovations 2009 workshop series)。オプティカル トランシーバーシステムにおけるASICチップ間の高速伝送の解析事例です。(英語音声:28分)

オプティカルリングカプラーのシミュレーション

CST MW STUDIOは光学分野にも応用可能です。250THzにおけるオプティカルリングカプラーの解析例です。

誘電半空間の平面波相互作用@60THz

CST MW STUDIO(CST MWS)を使用して無限の誘電半空間と60THz平面波入射をモデリングし、反射と伝送を計算した事例です。既知の解析解のある問題についてシミュレーションを行い、計算結果を理論値と比較検証します。そうして検証されたシミュレーション手法を用いて、既知の解析解の無い一般的な形状のシミュレーションを行い、解を得ます。

フォトニック結晶のシミュレーション

CST MW STUDIOを使用してフォトニック結晶のモデルを作成した事例です。コンパクトな形状モデルに周期的境界条件を設定することにより、バンドギャップ構造を効率よく模擬し、シミュレーションを実行することができます。

周期的ナノ構造: 薄膜シリコン太陽電池の光トラッピング

ナノ構造のインターフェイスのある薄膜シリコン太陽電池を解析した事例です。シミュレーションの結果は実験結果と良好な相関が取れ、薄膜太陽電池のナノ光学的解析におけるFITの有効性と信頼性が示されました。この事例は CST European User group Meeting(2006年3月)における発表を基に、C.Hasse氏とH.Stiebig氏(Forschungszentrum Juelich)のご厚意と許諾を得て掲載します。

干渉フィルタ

FSS(周波数選択性サーフェス)の解析例として干渉フィルタのシミュレーションをご紹介します。CST MW STUDIOでシミュレーションを行い、得られた結果を測定結果と比較します。

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