【RCWAプログラム編-2】RCWAライブラリ「S4」の利用例（Python)～バイナリ１次元回折格子の場合～

科学

2022.05.26

前回は、S4のwindowsへのインストールが完了しました。今回は簡単な計算をやってみます。S4は英語の記事しかほとんどないので、触りだけでも日本語の記事があるととっつきやすいのではないでしょうか。

状況設定
コードを書いてみましょう。
計算パラメータを変えてみた
まとめ

状況設定

下のような状況を考えてみましょう。

１次元のバイナリ回折格子です。サイズとかは今回適当に作ってます。（本当は狙いの波長が狙いの次数で最適になるように考えないと行けないですが、テストなのでいいでしょう）

コードを書いてみましょう。

import S4
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import sys

#新しいシミュレーションオブジェクトを設定
S=S4.New(Lattice=((5.0,0),(0,0)),NumBasis=100)

#materialの設定
S.SetMaterial(Name='Vacuum',Epsilon=1)
S.SetMaterial(Name='SiO2',Epsilon=1.5)
S.SetMaterial(Name='Si',Epsilon=3.4)

#レイヤーを設定今回は3つのレイヤー。
S.AddLayer(Name='Substrate',Thickness=10.0, Material='SiO2')

S.AddLayer(Name='Level1',Thickness=0.5, Material='Vacuum')
#レベル１層にSi構造体を作ります。
S.SetRegionRectangle(Layer='Level1',Material='Si',Center=(0,0),Angle=0, Halfwidths=(1.25,0))

S.AddLayer('Air',Thickness=0,Material='Vacuum')

#波長範囲を設定
wavelength_array=np.linspace(0.501,2,100)

#効率計算結果用アレイ
efficiency_array=[]


for wavelength in wavelength_array:

    S.SetFrequency(1/wavelength)

    #入射角0度のs偏光平面波を入射する。
    S.SetExcitationPlanewave(IncidenceAngles=(0,0),sAmplitude=1,pAmplitude=0)
    
    #入射フラックスを取得
    (P_incident,P_reflect)=S.GetPowerFlux(Layer='Substrate')
    
    #各次数の透過フラックスを取得
    P_transmittance=S.GetPowerFluxByOrder(Layer='Air')

    #1次回折光の効率になおす。
    efficiency=(P_transmittance[1][0]/P_incident).real

    #アレイに追加。
    efficiency_array.append(efficiency)

    #進捗表示。
    sys.stdout.write(f"\r wavelength={wavelength} eff={efficiency}")
    sys.stdout.flush()

#matplotlibで表示
plt.grid()
plt.xlabel('wavelength [um]')
plt.ylabel('efficiency')
plt.plot(wavelength_array,efficiency_array)
plt.show()

これを実行すると、以下の結果が得られました。