微粒子や表面での散乱

この例では、集光された光ビームと典型的なDVDディスク上の構造化された金表面との相互作用に関する完全な3次元モデルを構築します。その目的は、DVD表面に最大限の情報が保存できるよう、大きな変調信号が得られる金ポストの最小サイズを決定することです。

このシミュレーション結果を再現するには、Ansys OpticsソフトウェアのアプリケーションギャラリーまたはAnsys Webサイトからシミュレーションファイルをダウンロードする必要があります。ダウンロード場所は指示によって異なる場合がありますので、ご注意ください。

ダウンロードしたシミュレーションファイルをLumerical FDTDで開きます。Lumerical FDTDの操作方法については、ナレッジベースを参照してください。

Lumerical FDTDでシミュレーションファイルを開いたら、添付のスクリプトファイルをLumerical FDTD内で実行します。

このスクリプトは、金ポストのある場合とない場合の2つのシミュレーションを実行します。

最初に、金ポストの有無による近視野像を計算し、プロットします。

金ポストがない場合（上図左）、反射ビームは入射ビームとほとんど同じに見えます。ポストがビームの下に移動すると（上図右）、反射ビームは多くの構造を含むようになります。プロットされた近視野プロファイルから、ビームの中心部分だけが金ポストと強く相互作用していることがわかります。

次に、同じ2つのシミュレーションの遠視野放射パターンを見てみましょう。

金ポストがなければ、反射パワーの大部分は、ガウス光源と同じ発散角を持つ対物レンズで光を集められます。金属ポストがあると、ｙ方向に大きな散乱場が存在し、対物レンズで収集されるパワーの量が大幅に減少します。

これを定量化するために、“signal”解析グループを使用します。この解析グループは、遠視野を特定の発散角に対応する円錐上で積分して計算された結果”signal”を返します。“model “要素のセットアップスクリプトは、ガウス光源の発散角を自動的に読み取り、解析グループの発散角を同じ値に設定することに注意してください。 解析グループの”analysis”タブにあるスクリプト（下図）は、定義された発散角の範囲内にある反射パワーの部分を計算します。

e2 = farfield3d("reflection",1,200,200,1,1,1,1);
ux = farfieldux("reflection",1,200,200,1);
uy = farfielduy("reflection",1,200,200,1);
# calcualtes portion of e field within the divergence angle of the lens (or the Gaussian source)
signal=farfield3dintegrate(e2,ux,uy,divergence_angle)/farfield3dintegrate(e2,ux,uy);

最後に、最小信号が返される条件を決定するために、金ポストの寸法を変化させるパラメータスイープを設定することができます。ポストの長さを固定し、ポストの幅の関数として信号を計算します（スイーププロジェクトをクリックし、Visualize -> signalを選択すると、ビジュアライザーに以下の結果がプロットされます）。