파장보다 매우 좁은 금속 슬랏 안테나의 유한차분시간영역 시뮬레이션 계산비용 절감 연구 (Cost-effective Finite Difference Time Domain Simulations on Extreme Subwavelength Metallic Slot Antennas)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 72권 / 10호 / 748 ~ 753페이지
· 저자명 : 오창환, 박호산, 최민준, 정지윤

초록

원적외선 파장에서 작동하는 금속 슬랏 안테나는 틈 내부에 매우 강한 전기장 증폭을 이룰 수 있어 다양한 빛-물질 상호작용에 응용될 수 있다. 그러나, 이런 구조의 광학적 특성을 시뮬레이션을 통해 계산하고자 할 때 파장과 틈의 너비 또는 금속의 두께 사이의 크기의 불균형으로 인해 계산 자원이 지나치게 많이 필요하다는 단점이 있다. 본 연구에서는 매우 얇은 금속 박막을 시뮬레이션 격자 한 개 두께의 유효 매질로 근사함으로써 슬랏 안테나 구조의 계산 비용을 절감하고자 하였다. 우선, 아무런 패턴이 없는 금속 박막의 투과도를 비교함으로써 금속의 유효 전도도 조건을 확보하였다. 이후, 슬랏 안테나의 투과도를 계산하고 이를 기존의 알려진 값들과 비교하였다. 마지막으로, 기존의 방법으로 계산이 어려운 복합 슬랏 안테나 구조에 대한 계산을 진행하고 본 방법의 응용 범위에 대해 논하였다.

영어초록

Metallic slot antennas operating at millimeter wavelengths can incorporate a giant electric field enhancement, potentially useful in various light–matter interactions. However, the giant mismatch between the operating wavelength and the feature size can result in an enormous computational cost for electromagnetic simulations, thus hindering the theoretical prediction of the optical properties of the nano-slots. Therefore, by treating the metallic layer as a single-cell-thick effective medium in finite difference time domain (FDTD) simulations, in this study, we aim to correctly predict the optical properties of metallic slot antennas while substantially reducing the computational cost. First, the metallic film is modeled as a single-mesh-thick medium and the effective conductivity of the metal is found to determine the correct values for a direct transmission through the film. Then, transmissions through the slot antennas are calculated and compared to the known results obtained from coupled mode methods. Finally, coupled slot antenna structures are calculated and their applicability is discussed.

참고자료

· 없음