はじめに
ナノフォトニクスやメタサーフェス設計において、周期構造の光解析は避けて通れません。
その中でも代表的な手法が RCWA（Rigorous Coupled Wave Analysis：厳密結合波解析） です。
本記事では、Pythonで使えるオープンソフト
をご紹介します。
RCWAとは何か（ざっくり理解）
RCWAは、周期構造におけるMaxwell方程式をフーリエ空間で厳密に解く手法です。
特徴：
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周期構造（グレーティング、フォトニック結晶）に特化
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回折効率、透過率、反射率を直接計算できる
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電磁場分布も取得可能
例えば：
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回折格子
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メタサーフェス
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フォトニック結晶
などの解析に非常に適しています。
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反射率・透過率計算
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回折次数ごとの効率
などが直接計算可能です
nannosとは
nannosは、RCWA（FMM）を実装したPythonライブラリです。
コア特徴
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Maxwell方程式をRCWAで解く
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多層周期構造（bi-periodic multilayer）に対応
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GPU対応
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自動微分（逆設計にも使える）
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電場分布・回折効率を計算可能
👉 要するに
「メタサーフェス設計まで見据えた高機能RCWA」
何が嬉しいのか（実務目線）
① FDTDより高速（周期構造に限定すれば）
RCWAは周期前提なので、
→ 計算領域を1周期に圧縮できる
② パラメトリックスイープが楽
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ピッチ
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デューティ比
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高さ
などを振るのが簡単
③ メタサーフェス設計に直結
nannosは
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自動微分
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GPU
があるので
👉 そのまま最適化問題に持ち込める
まとめ
RCWAは周期構造の最強ツール
nannosはその中でも
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Python
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GPU
-
自動微分
を備えた実用レベルのOSS
👉 「まずRCWA触りたい」ならかなり良い選択肢
次回は実際にグレーティングや２次元フォトニック結晶の反射率・透過率解析などを試していきます。
※本記事は筆者個人の見解であり、所属組織の公式見解を示すものではありません。
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