JP2001282767A - Device and method for analyzing electromagnetic field, and computer-readable recording medium having program for making computer execute the same method recorded thereon - Google Patents
Device and method for analyzing electromagnetic field, and computer-readable recording medium having program for making computer execute the same method recorded thereonInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、計算機シミュレー
ションによって電磁場の伝播分布を求める装置、特にＦ
ｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍ
ａｉｎ法（ＦＤＴＤ）において、金属を解析領域に含
み、電磁場が可視光付近の周波数を持つような系の解析
装置、解析方法、およびその方法をコンピュータに実行
させるプログラムを記録した記録媒体に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for calculating the propagation distribution of an electromagnetic field by computer simulation, and more particularly to an apparatus for calculating the electromagnetic field propagation distribution.
inite Difference Time Dom
The present invention relates to an analysis apparatus, an analysis method, and a recording medium that stores a program that causes a computer to execute the method in which a metal is included in an analysis region and an electromagnetic field has a frequency near visible light in the ain method (FDTD).
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＦＤＴＤ法は、マックスウェル方程式を
差分方程式に変換して数値的に解くことによって、解析
空間内の屈折率分布と入射光情報から光の伝播や分布を
計算する手法であり、Ｋ．Ｓ．Ｙｅｅが１９６６年にＩ
ＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔｅｎｎａｓ．Ｐｒｏｐａ
ｇ．，ＡＰ−１４，３０２に発表して以来、アンテナ、
導波路、航空機、携帯電話など幅広い分野で利用されて
きた。近視野光の分野でもＤ．Ａ．Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓ
ｅｎがＵｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，５７，１８９
（１９９５）（以後引用文献１とする）において２次元
モデルながら先鋭化したファイバプローブから発生する
近視野光をＦＤＴＤ法によって解析した。その他にも例
えばＨ．Ｆｕｒｕｋａｗａ，Ｓ．Ｋａｗａｔａ，Ｏｐ
ｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．，１３２，１７０（１９９６）（以
後引用文献２とする）では３次元モデルを用いて近視野
光プローブの解析が行われている。2. Description of the Related Art The FDTD method is a method of calculating the propagation or distribution of light from a refractive index distribution in an analysis space and incident light information by converting a Maxwell equation into a difference equation and numerically solving the equation. K. S. Yee I in 1966
EEE Trans. Antennas. Propa
g. , AP-14,302, antenna,
It has been used in a wide range of fields such as waveguides, aircraft, and mobile phones. In the field of near-field light, D.I. A. Christens
en is Ultramicroscopy, 57, 189
(1995) (hereinafter referred to as cited reference 1), near-field light generated from a sharpened fiber probe in a two-dimensional model was analyzed by the FDTD method. In addition, for example, H. Furukawa, S.M. Kawata, Op
t. Commun. , 132, 170 (1996) (hereinafter referred to as Reference 2), an analysis of a near-field optical probe is performed using a three-dimensional model.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来技術
によるＦＤＴＤ近視野解析法では、解析空間内に存在す
る金属の扱いが複雑である。引用文献１においては該金
属（この場合Ａｌ）のプラズマ周波数から電子密度を求
め、ダンピング周波数からダンピング係数を求め、電子
の運動方程式を解くことによって電流密度を求め、それ
をマックスウェル方程式に代入している。引用文献２に
おいては金属の複素誘電率をマックスウェル方程式に代
入している。この方法は簡便であるが、複素誘電率の実
部が負になるような場合にはＦＤＴＤ計算が発散してし
まう、という問題があった。However, in the conventional FDTD near-field analysis method, the handling of metal existing in the analysis space is complicated. In the cited document 1, the electron density is obtained from the plasma frequency of the metal (in this case, Al), the damping coefficient is obtained from the damping frequency, the current density is obtained by solving the equation of motion of electrons, and the obtained current density is substituted into the Maxwell equation. ing. In the cited reference 2, the complex permittivity of the metal is substituted into the Maxwell equation. Although this method is simple, there is a problem that the FDTD calculation diverges when the real part of the complex permittivity becomes negative.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る電磁場解析装置は、解析領域の少な
くとも一部に金属を含み、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄ
ｉｆｆｅｒｅｎｃｅＴｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法を用い
て電磁場の伝播状態を解析する電磁場解析装置におい
て、前記電磁場が複素数で表現され、前記電磁場の更新
をするための複素数係数を、前記解析領域への入射光周
波数と、前記金属の前記入射光周波数に対応する複素屈
折率と、前記金属の直流電位に対する導電率とから求め
る手段を備えたことを特徴とする。In order to achieve the above object, an electromagnetic field analyzer according to the present invention includes a metal in at least a part of an analysis area, and includes an FDTD (Finite D).
In an electromagnetic field analyzer that analyzes the propagation state of an electromagnetic field by using an interference time domain method, the electromagnetic field is represented by a complex number, and a complex coefficient for updating the electromagnetic field is calculated by: The present invention is characterized in that there is provided means for obtaining from a complex refractive index corresponding to the incident light frequency of the metal and a conductivity of the metal with respect to a DC potential.
【０００５】この発明によれば、わかりやすく簡便な方
法で必要な係数を求めることができ、金属を含む系での
電磁場解析が高精度高信頼性をもって行われるようにな
る。According to the present invention, a necessary coefficient can be obtained by an easy-to-understand and simple method, and an electromagnetic field analysis in a system including a metal can be performed with high accuracy and high reliability.
【０００６】本発明に係る電磁場解析装置は、電磁場解
析装置において、前記電磁場が前記入射光の波長と同程
度あるいはそれ以下の空間に分布する近視野であること
を特徴とする。The electromagnetic field analyzer according to the present invention is characterized in that, in the electromagnetic field analyzer, the electromagnetic field has a near field that is distributed in a space equal to or less than the wavelength of the incident light.
【０００７】この発明によれば、微小領域にしか存在し
ない近視野の分布を高精度で算出することができる。According to the present invention, it is possible to calculate the distribution of the near field that exists only in the minute area with high accuracy.
【０００８】本発明に係る電磁場解析装置は、電磁場解
析装置において、前記複素屈折率の虚部が実部よりも大
きいことを特徴とする。The electromagnetic field analyzer according to the present invention is characterized in that, in the electromagnetic field analyzer, the imaginary part of the complex refractive index is larger than the real part.
【０００９】この発明によれば、ＦＤＴＤ計算が発散す
ることなく収束し、正しい値を与える。According to the present invention, the FDTD calculation converges without diverging, and gives a correct value.
【００１０】本発明に係る電磁場解析装置は、電磁場解
析装置において、前記電磁場が、近視野光プローブある
いは近視野光情報記録再生装置の近視野光ヘッドから発
生する近視野であり、前記金属が、前記近視野光プロー
ブあるいは前記近視野光ヘッドに作製された遮光膜であ
ることを特徴とする。The electromagnetic field analyzer according to the present invention is the electromagnetic field analyzer, wherein the electromagnetic field is a near field generated from a near field optical probe or a near field optical head of a near field optical information recording / reproducing apparatus, and the metal is: The near-field optical probe or the light-shielding film formed on the near-field optical head is characterized.
【００１１】この発明によれば、近視野光プローブある
いは近視野光ヘッドから発生する近視野光の分布状態を
高精度高信頼性で計算することができるため、高性能プ
ローブあるいはヘッドの開発に有用な設計指針を与える
ことができる。According to the present invention, the distribution state of near-field light generated from a near-field optical probe or a near-field optical head can be calculated with high accuracy and high reliability, which is useful for developing a high-performance probe or head. Can provide a simple design guideline.
【００１２】本発明に係る電磁場解析方法によれば、解
析領域の少なくとも一部に金属を含み、ＦＤＴＤ（Ｆｉ
ｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａ
ｉｎ）法を用いて電磁場の伝播状態を解析する電磁場解
析方法において、前記電磁場が複素数で表現され、電磁
場の更新をするための複素数係数を、前記解析領域への
入射光周波数と、前記金属の前記入射光周波数に対応す
る複素屈折率と、前記金属の直流電位に対する導電率と
から求める工程を含んだことを特徴とする。According to the electromagnetic field analysis method of the present invention, at least a part of the analysis region contains metal, and the FDTD (Fi
Nite Difference Time Doma
In the electromagnetic field analysis method for analyzing the propagation state of the electromagnetic field using the in) method, the electromagnetic field is represented by a complex number, and a complex coefficient for updating the electromagnetic field is calculated by: A step of obtaining a complex refractive index corresponding to the incident light frequency and a conductivity of the metal with respect to a DC potential.
【００１３】この発明によれば、計算に必要な複素数係
数を簡便な方法で算出することができ、金属を含む系で
の電磁場解析が高精度高信頼性をもって行われる。According to the present invention, a complex coefficient required for calculation can be calculated by a simple method, and an electromagnetic field analysis in a system including a metal is performed with high accuracy and high reliability.
【００１４】本発明に係る電磁場解析方法によれば、電
磁場解析方法において、前記電磁場が前記入射光の波長
と同程度あるいはそれ以下の空間に分布する近視野であ
ることを特徴とする。According to the electromagnetic field analysis method of the present invention, the electromagnetic field analysis method is characterized in that the electromagnetic field has a near field that is distributed in a space approximately equal to or less than the wavelength of the incident light.
【００１５】この発明によれば、微細な領域に分布する
近視野の状態を高精度高信頼性をもって計算することが
できる。According to the present invention, it is possible to calculate a near-field state distributed in a minute area with high accuracy and high reliability.
【００１６】本発明に係る電磁場解析方法によれば、電
磁場解析方法において、前記複素屈折率の虚部が実部よ
りも大きいことを特徴とする。According to the electromagnetic field analysis method of the present invention, in the electromagnetic field analysis method, the imaginary part of the complex refractive index is larger than the real part.
【００１７】この発明によれば、ＦＤＴＤ計算が発散せ
ずに正しい値に収束する。According to the present invention, the FDTD calculation converges to a correct value without diverging.
【００１８】本発明に係る電磁場解析方法によれば、電
磁場解析方法において、前記電磁場が、近視野光プロー
ブあるいは近視野光情報記録再生装置の近視野光ヘッド
から発生する近視野であり、前記金属が、前記近視野光
プローブあるいは前記近視野光ヘッドに作製された遮光
膜であることを特徴とする。According to the electromagnetic field analyzing method of the present invention, in the electromagnetic field analyzing method, the electromagnetic field is a near field generated from a near field optical probe or a near field optical head of a near field optical information recording / reproducing apparatus, and Is a light-shielding film formed on the near-field optical probe or the near-field optical head.
【００１９】この発明によれば、近視野光ヘッドあるい
は近視野光プローブから発生する近視野を高精度高信頼
性で計算することができ、高性能プローブあるいはヘッ
ドの開発に対して有用な設計指針を与える。According to the present invention, the near field generated from a near-field optical head or a near-field optical probe can be calculated with high accuracy and high reliability, and a design guide useful for the development of a high-performance probe or head. give.
【００２０】本発明に係るコンピュータ読み取り可能な
記録媒体は、上記の方法をコンピュータに実行させるプ
ログラムを記録したことを特徴とする。A computer-readable recording medium according to the present invention is characterized by recording a program for causing a computer to execute the above method.
【００２１】この発明によれば、上述したＦＤＴＤ計算
手法をコンピュータが読み出して実行することができ
る。According to the present invention, the computer can read and execute the above-described FDTD calculation method.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】（実施の形態１）まず、本実施の
形態による電磁場解析装置の機能的構成について説明す
る。図１は、本実施の形態による電磁場解析装置の構成
を機能的に示すブロック図である。図１において、電磁
場解析装置は、入射波情報入力部１０１と、入射波計算
部１０２と、構造情報入力部１０３と、計算パラメータ
入力部１０４と、電磁場計算部１０５と、電磁場計算出
力部１０６とを含む構成である。(Embodiment 1) First, the functional configuration of an electromagnetic field analyzer according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram functionally showing the configuration of the electromagnetic field analyzer according to the present embodiment. In FIG. 1, the electromagnetic field analysis apparatus includes an incident wave information input unit 101, an incident wave calculation unit 102, a structure information input unit 103, a calculation parameter input unit 104, an electromagnetic field calculation unit 105, and an electromagnetic field calculation output unit 106. It is a configuration including.
【００２３】入射波情報入力部１０１は、入射波に関す
る情報を入力する。具体的には、後述する入力装置２０
４によりデータを入力する。入射波に関する情報として
は、入射波の波長・方向等に関する情報等がある。The incident wave information input unit 101 inputs information on an incident wave. Specifically, the input device 20 described later
4 is used to input data. The information on the incident wave includes information on the wavelength and direction of the incident wave.
【００２４】入射波計算部１０２は、入射波情報入力部
１０１により入力された入射波に関する情報に基づい
て、入射波の計算をおこなう。入射波としては、たとえ
ば正弦波が入力され、その入力された正弦波をＦＤＴＤ
法を用いて計算する。The incident wave calculation unit 102 calculates an incident wave based on the information on the incident wave input from the incident wave information input unit 101. For example, a sine wave is input as an incident wave, and the input sine wave is
Calculate using the method.
【００２５】構造情報入力部１０３は、構造情報を入力
する。具体的には、後述する入力装置２０４によりデー
タを入力する。構造情報としては、３次元空間での物質
の配置に関する情報がある。The structure information input section 103 inputs structure information. Specifically, data is input by the input device 204 described later. As the structural information, there is information on the arrangement of substances in a three-dimensional space.
【００２６】計算パラメータ入力部１０４は、電磁場を
計算する際に設定されるパラメータである計算パラメー
タを入力する。具体的には、後述する入力装置２０４に
よりデータを入力する。計算パラメータは、入射波情
報、構造情報に対応させて、最適な計算結果を導くため
に任意に設定される。The calculation parameter input unit 104 inputs calculation parameters which are parameters set when calculating an electromagnetic field. Specifically, data is input by the input device 204 described later. The calculation parameters are arbitrarily set in accordance with the incident wave information and the structure information to derive an optimum calculation result.
【００２７】電磁場計算部１０５は、ＦＤＴＤ法を用い
て、構造情報入力部１０３により入力された構造情報お
よび計算パラメータ入力部１０４により入力された計算
パラメータに基づいて、入射波計算部１０２により計算
された正弦波について電磁場を計算する。The electromagnetic field calculation unit 105 is calculated by the incident wave calculation unit 102 based on the structure information input by the structure information input unit 103 and the calculation parameters input by the calculation parameter input unit 104 using the FDTD method. Calculate the electromagnetic field for the sinusoidal wave.
【００２８】電磁場計算出力部１０６は、電磁場計算部
１０５により計算された結果を出力する。具体的には、
後述する表示装置２０５に計算された結果を数値あるい
はグラフ化等して表示したり、あるいは、プリンタに印
刷等するようにしてもよい。The electromagnetic field calculation output unit 106 outputs the result calculated by the electromagnetic field calculation unit 105. In particular,
The calculated result may be displayed as a numerical value or a graph on the display device 205 described later, or may be printed on a printer.
【００２９】なお、入射波計算部１０２、電磁場計算部
１０５は、後述するメモリ２０１または記録媒体２０３
に記録されたプログラムに記載された命令にしたがって
演算装置２０２が命令処理を実行することにより、各部
の機能を実現する。The incident wave calculator 102 and the electromagnetic field calculator 105 are provided in a memory 201 or a recording medium 203 described later.
The function of each unit is realized by the arithmetic device 202 executing the instruction processing according to the instructions described in the program recorded in the program.
【００３０】つぎに、この発明の実施の形態による電磁
場解析装置のハードウエア構成を説明する。図２は、本
実施の形態による電磁場解析装置のハードウエア構成を
示す説明図である。Next, the hardware configuration of the electromagnetic field analyzer according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a hardware configuration of the electromagnetic field analysis device according to the present embodiment.
【００３１】図２において、本実施の形態による電磁場
解析装置は、プログラムあるいはデータを記憶したメモ
リ２０１と、全体を制御したり、計算等の処理をおこな
う演算装置２０２と、プログラムあるいはデータを記憶
した着脱可能な記録媒体（読取／書込装置）２０３と、
データの入力をおこなう入力装置２０４と、計算結果等
を表示する表示装置２０５を示している。また、２００
は上記各部を結合させるためのバスを示している。Referring to FIG. 2, the electromagnetic field analyzing apparatus according to the present embodiment has a memory 201 storing a program or data, an arithmetic unit 202 for controlling the whole or performing processing such as calculations, and storing a program or data. A removable recording medium (read / write device) 203,
An input device 204 for inputting data and a display device 205 for displaying calculation results and the like are shown. Also, 200
Indicates a bus for connecting the above components.
【００３２】次に本実施の形態によってＦＤＴＤ法で使
用される係数の算出方法を説明する。Next, a method of calculating coefficients used in the FDTD method according to the present embodiment will be described.
【００３３】ＦＤＴＤによってマックスウェル方程式は
差分方程式に変換される。たとえば、電場Ｅのｚ成分の
時間微分と磁場Ｈのｘおよびｙ成分の空間微分の式
（１）は、式（２）に変換される。The FDTD converts the Maxwell equation into a difference equation. For example, the expression (1) of the time derivative of the z component of the electric field E and the spatial derivative of the x and y components of the magnetic field H are converted into the expression (2).
【００３４】[0034]
【数１】 (Equation 1)
【００３５】[0035]
【数２】 ここでe は誘電率、s は導電率を表す。これからある時
刻ｎでの磁場と次の時刻ｎ＋１での磁場の関係式（３）
が得られる。(Equation 2) Here, e represents the permittivity, and s represents the conductivity. A relational expression (3) between the magnetic field at a certain time n and the magnetic field at the next time n + 1
Is obtained.
【００３６】[0036]
【数３】 電場と磁場のｘｙｚ各成分について同様の式が得られ、
それらを時間的に順次更新することによって解析領域内
の電磁場分布を得る。解析領域内に金属が存在している
と、その部分の誘電率は複素数になる。本実施の形態に
おいては入射光波長が５９０ｎｍで、金属としてＡｌが
存在している。複素屈折率の実測値は１．４４＋５．２
３ｉであり、これから複素誘電率は−２５．３＋１５．
１ｉとなる。一方で、複素誘電率実部er、複素誘電率虚
部ei複素導電率s 、光周波数w の間には式（４）、
（５）、（６）、（７）に示す関係があることが知られ
ている。(Equation 3) Similar equations are obtained for the xyz components of the electric and magnetic fields,
The electromagnetic field distribution in the analysis area is obtained by sequentially updating them temporally. If a metal exists in the analysis region, the dielectric constant of that portion becomes a complex number. In the present embodiment, the wavelength of the incident light is 590 nm, and Al exists as a metal. The actual measured value of the complex refractive index is 1.44 + 5.2.
3i, from which the complex permittivity is −25.3 + 15.
1i. On the other hand, between the complex permittivity real part e r , complex permittivity imaginary part e i complex conductivity s, and optical frequency w, equation (4)
It is known that there is a relationship shown in (5), (6), and (7).
【００３７】[0037]
【数４】 (Equation 4)
【００３８】[0038]
【数５】 (Equation 5)
【００３９】[0039]
【数６】 (Equation 6)
【００４０】[0040]
【数７】 ここで、s0は直流導電率、srは複素導電率実部、siは複
素導電率虚部、t は電子の緩和時間である。= 3.65エ105
[ohm-1cm-1] と、= 3.20エ1015 [Hz] は与えられてい
る。式（４）から式（７）では変数の数が７個、うち既
知のものが３個、式の数が４個であり、これを解くこと
によって容易に誘電率、導電率が求まり、それぞれ113
、3.83エ1015 + 3.53エ1016i [Hz] となる。これから式
（３）で使われる係数が求まる。式（３）は電場のｚ成
分の更新のための式だが、電場のｘｙ成分、磁場のｘｙ
ｚ成分も同様に求められる。(Equation 7) Here, s 0 is the DC conductivity, s r is the real part of the complex conductivity, s i is the imaginary part of the complex conductivity, and t is the relaxation time of the electrons. = 3.65 d 10 5
[ohm -1 cm -1 ] and = 3.20 d 10 15 [Hz] are given. In Equations (4) to (7), the number of variables is seven, three of which are known, and the number of equations is four. By solving these, the permittivity and conductivity can be easily obtained. 113
, 3.83 d 10 15 + 3.53 d 10 16 i [Hz]. From this, the coefficients used in equation (3) are determined. Equation (3) is an equation for updating the z component of the electric field.
The z component is determined similarly.
【００４１】このようにして準備された係数を用いてＡ
ｌ膜表面での光の反射シミュレーションを行う。解析モ
デルは３次元でｙ方向に無限に続くＡｌから成る三角柱
を定義し、ｘｚ平面における断面三角形の一辺がｘｚ平
面内で斜面を形成している。結果を図３〜５に示す。い
ずれの図においても図中下方からｘ偏光平面波が上方
（ｚ方向）に入射し、Ａｌの斜面で反射する。図３では
電場のｘ成分分布を示す。空気中を安定的に伝播してい
る結果が得られる。Ａｌ表面で反射した光は図中左方向
に伝播するが、伝播方向がｘ軸に平行なためｘ成分は存
在しないはずであり、この計算結果と理論は一致してい
る。図４は同一計算結果から電場のｚ成分分布を示す。
入射光はｚ方向に伝播するためｚ成分は存在せず、Ａｌ
表面で反射した光がｚ成分を持つ。図５は磁場のｙ成分
を示す。磁場のｙ成分は入射光と反射光の両方に存在し
ているため、その干渉縞が得られる。これら電磁場の絶
対値から算出した反射率は、入射光がｘ偏光とｙ偏光の
どちらにおいても理論値に有効数字４桁まで一致する。
計算精度はメッシュサイズを小さくすることによってさ
らに向上することができる。 （実施の形態２）本実施の形態では本発明に係るＦＤＴ
Ｄ法によって、近視野光ヘッドの近視野光発生シミュレ
ーションを行う。図６に３次元計算モデルのｘｚ断面図
を示す。コア２とクラッド１から成る光導波路（ｘｙ断
面はコア、クラッドともに正方形）の端面が上方にあ
り、下方に逆四角錐テーパ形状の空間が開けられたＳｉ
ヘッド５が配置している。Ｓｉヘッド５の表面には遮光
のためのＡｌ膜４が１００ｎｍ厚でコーティングしてい
る。Ｓｉヘッド５の下面には一辺３００ｎｍの正方形の
微小開口７が開けられている。導波路端面から放射した
光（波長５９０ｎｍ）は、Ｓｉヘッドに対する入射光３
となる。ＦＤＴＤ計算は図中６で示した約６×６×４
（ｘｙｚ）ミクロンの直方体を解析領域とする。図中Ａ
がＦＤＴＤ領域への光入射面となる。ＦＤＴＤのための
係数は実施の形態１で使用したものと同一である。Using the coefficients prepared in this way, A
1. Simulation of light reflection on the surface of the film is performed. The analysis model defines a three-dimensional triangular prism made of Al continuing infinitely in the y direction, and one side of a cross-sectional triangle on the xz plane forms a slope in the xz plane. The results are shown in FIGS. In each of the figures, an x-polarized plane wave is incident upward (in the z direction) from below in the figures, and is reflected by the slope of Al. FIG. 3 shows the x component distribution of the electric field. The result is that the signal is propagated stably in the air. The light reflected on the Al surface propagates to the left in the figure, but since the propagation direction is parallel to the x-axis, there should be no x component, and the calculation results agree with the theory. FIG. 4 shows the distribution of the z component of the electric field from the same calculation result.
Since the incident light propagates in the z direction, there is no z component, and Al
Light reflected from the surface has a z component. FIG. 5 shows the y component of the magnetic field. Since the y component of the magnetic field exists in both the incident light and the reflected light, an interference fringe is obtained. The reflectance calculated from the absolute value of these electromagnetic fields matches the theoretical value up to four significant figures in both the x-polarized light and the y-polarized light.
The calculation accuracy can be further improved by reducing the mesh size. (Embodiment 2) In this embodiment, the FDT according to the present invention will be described.
The near-field light generation simulation of the near-field optical head is performed by the D method. FIG. 6 shows an xz sectional view of the three-dimensional calculation model. The end face of an optical waveguide composed of a core 2 and a clad 1 (the xy cross section is a square for both the core and the clad) is located at the upper side, and an inverted quadrangular pyramid tapered space is opened below.
The head 5 is arranged. The surface of the Si head 5 is coated with a 100 nm thick Al film 4 for shielding light. On the lower surface of the Si head 5, a square minute opening 7 having a side of 300 nm is formed. The light (wavelength 590 nm) emitted from the end face of the waveguide is incident light 3 to the Si head.
Becomes FDTD calculation is about 6 × 6 × 4 shown by 6 in the figure.
A rectangular parallelepiped of (xyz) microns is used as an analysis region. A in the figure
Is a light incident surface to the FDTD region. The coefficients for FDTD are the same as those used in the first embodiment.
【００４２】図７に計算結果として得られた、ＦＤＴＤ
領域内の光エネルギー分布を示す。図中Ａが図６中のＡ
に対応する。入射した光がＡｌ表面で反射して複雑な干
渉縞を形成し、開口から下方に微小な近視野光が発生し
ている様子が見られる。本発明によって金属を含む系で
の近視野光発生シミュレーションが実現される。FIG. 7 shows the FDTD obtained as a calculation result.
3 shows the light energy distribution in the region. A in the figure is A in FIG.
Corresponding to It can be seen that the incident light is reflected on the Al surface to form a complicated interference fringe, and a small near-field light is generated downward from the opening. According to the present invention, simulation of near-field light generation in a system including a metal is realized.
【００４３】本発明の応用分野は近視野光プローブや近
視野光ヘッドの設計だけでなく、幅広いものであり、た
とえば、光導波路設計、アンテナや携帯電話などの個人
用無線通信機あるいはカーナビゲーションシステムの設
計、がんの加熱治療システムの設計、ヒトの網膜メカニ
ズム研究、集積回路の設計、戦闘機の設計などが考えら
れる。The application field of the present invention is not only the design of a near-field optical probe and a near-field optical head but also a wide range. For example, an optical waveguide design, a personal wireless communication device such as an antenna or a mobile phone, or a car navigation system. Design, heat treatment system for cancer, human retinal mechanism research, integrated circuit design, fighter design.
【００４４】本実施の形態で説明した電磁場解析方法
は、あらかじめ用意されたプログラムをパーソナルコン
ピュータやワークステーション等のコンピュータで実行
することにより実現される。このプログラムは、ハード
ディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−Ｒ
ＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な
記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体か
ら読み出されることによって実行される。またこのプロ
グラムは、上記記録媒体を介して、インターネット等の
ネットワークを介して配布することができる。The electromagnetic field analysis method described in the present embodiment is realized by executing a prepared program on a computer such as a personal computer or a workstation. This program includes hard disk, floppy (registered trademark) disk, CD-R
The program is recorded on a computer-readable recording medium such as OM, MO, and DVD, and is executed by being read from the recording medium by the computer. This program can be distributed via the recording medium and a network such as the Internet.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
解析領域の少なくとも一部に金属を含み、ＦＤＴＤ（Ｆ
ｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍ
ａｉｎ）法を用いて電磁場の伝播状態を解析する電磁場
解析装置において、前記電磁場が複素数で表現され、前
記電磁場の更新をするための複素数係数を、前記解析領
域への入射光周波数と、前記金属の前記入射光周波数に
対応する複素屈折率と、前記金属の直流電位に対する導
電率とから求める手段を備えたことを特徴とするので、
わかりやすく簡便な方法で必要な係数を求めることがで
き、金属を含む系での電磁場解析が高精度高信頼性をも
って行われるようになる、という効果を奏する。As described above, according to the present invention,
At least a part of the analysis region contains a metal, and the FDTD (F
inite Difference Time Dom
an electromagnetic field analyzer that analyzes the propagation state of the electromagnetic field using the ain) method, wherein the electromagnetic field is represented by a complex number, and a complex number coefficient for updating the electromagnetic field is calculated by: The complex refractive index corresponding to the incident light frequency of, and means for obtaining from the conductivity of the metal to the DC potential, characterized in that it comprises a means,
The required coefficient can be obtained by an easy-to-understand and simple method, and there is an effect that an electromagnetic field analysis in a system including a metal can be performed with high accuracy and high reliability.
【００４６】また本発明によれば、電磁場解析装置にお
いて、前記電磁場が前記入射光の波長と同程度あるいは
それ以下の空間に分布する近視野であることを特徴とす
るので、微小領域にしか存在しない近視野の分布を高精
度で算出することができる、という効果を奏する。According to the present invention, in the electromagnetic field analyzing apparatus, the electromagnetic field has a near field which is distributed in a space approximately equal to or smaller than the wavelength of the incident light. This has the effect that the distribution of the near-field that does not occur can be calculated with high accuracy.
【００４７】また本発明によれば、電磁場解析装置にお
いて、前記複素屈折率の虚部が実部よりも大きいことを
特徴とするので、ＦＤＴＤ計算が発散することなく収束
し、正しい値を与える、という効果を奏する。Further, according to the present invention, in the electromagnetic field analyzer, the imaginary part of the complex refractive index is larger than the real part, so that the FDTD calculation converges without diverging and gives a correct value. This has the effect.
【００４８】また本発明によれば、電磁場解析装置にお
いて、前記電磁場が、近視野光プローブあるいは近視野
光情報記録再生装置の近視野光ヘッドから発生する近視
野であり、前記金属が、前記近視野光プローブあるいは
前記近視野光ヘッドに作製された遮光膜であることを特
徴とするので、近視野光プローブあるいは近視野光ヘッ
ドから発生する近視野光の分布状態を高精度高信頼性で
計算することができるため、高性能プローブあるいはヘ
ッドの開発に有用な設計指針を与えることができる、と
いう効果を奏する。According to the present invention, in the electromagnetic field analyzing apparatus, the electromagnetic field is a near field generated from a near field optical probe or a near field optical head of a near field optical information recording / reproducing apparatus, and the metal is the near field optical head. Since it is characterized by being a light shielding film formed on the near-field optical probe or the near-field optical head, the distribution state of near-field light generated from the near-field optical probe or the near-field optical head can be calculated with high accuracy and high reliability. Therefore, it is possible to provide a design guide useful for the development of a high-performance probe or head.
【００４９】また本発明によれば、解析領域の少なくと
も一部に金属を含み、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆ
ｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法を用いて
電磁場の伝播状態を解析する電磁場解析方法において、
前記電磁場が複素数で表現され、電磁場の更新をするた
めの複素数係数を、前記解析領域への入射光周波数と、
前記金属の前記入射光周波数に対応する複素屈折率と、
前記金属の直流電位に対する導電率とから求める工程を
含んだことを特徴とするので、計算に必要な複素数係数
を簡便な方法で算出することができ、金属を含む系での
電磁場解析が高精度高信頼性をもって行われる、という
効果を奏する。Further, according to the present invention, at least a part of the analysis region contains a metal, and the FDTD (Finite Dif)
In an electromagnetic field analysis method for analyzing a propagation state of an electromagnetic field using a reference time domain method,
The electromagnetic field is represented by a complex number, a complex number coefficient for updating the electromagnetic field, the incident light frequency to the analysis area,
A complex refractive index corresponding to the incident light frequency of the metal,
Since the method includes a step of obtaining from the conductivity of the metal with respect to the DC potential, a complex coefficient required for the calculation can be calculated by a simple method, and the electromagnetic field analysis in a system including a metal can be performed with high accuracy. This has the effect of being performed with high reliability.
【００５０】また本発明によれば、電磁場解析方法にお
いて、前記電磁場が前記入射光の波長と同程度あるいは
それ以下の空間に分布する近視野であることを特徴とす
るので、微細な領域に分布する近視野の状態を高精度高
信頼性をもって計算することができる、という効果を奏
する。According to the present invention, in the electromagnetic field analyzing method, the electromagnetic field has a near field which is distributed in a space which is about the same as or smaller than the wavelength of the incident light. It is possible to calculate a near field state with high accuracy and high reliability.
【００５１】また本発明によれば、電磁場解析方法にお
いて、前記複素屈折率の虚部が実部よりも大きいことを
特徴とするので、ＦＤＴＤ計算が発散せずに正しい値に
収束する、という効果を奏する。According to the invention, in the electromagnetic field analysis method, the imaginary part of the complex refractive index is larger than the real part, so that the FDTD calculation does not diverge and converges to a correct value. To play.
【００５２】また本発明によれば、電磁場解析方法にお
いて、前記電磁場が、近視野光プローブあるいは近視野
光情報記録再生装置の近視野光ヘッドから発生する近視
野であり、前記金属が、前記近視野光プローブあるいは
前記近視野光ヘッドに作製された遮光膜であることを特
徴とするので、近視野光ヘッドあるいは近視野光プロー
ブから発生する近視野を高精度高信頼性で計算すること
ができ、高性能プローブあるいはヘッドの開発に対して
有用な設計指針を与える、という効果を奏する。According to the present invention, in the electromagnetic field analyzing method, the electromagnetic field is a near field generated from a near field optical probe or a near field optical head of a near field optical information recording / reproducing apparatus, and the metal is the near field. Since it is characterized in that it is a light-shielding film formed on the near-field optical probe or the near-field optical head, it is possible to calculate the near-field generated from the near-field optical head or the near-field optical probe with high accuracy and high reliability. This provides an effective design guide for the development of a high-performance probe or head.
【００５３】また本発明によれば、コンピュータ読み取
り可能な記録媒体において、上記の方法をコンピュータ
に実行させるプログラムを記録したことを特徴とするの
で、上述したＦＤＴＤ計算手法をコンピュータが読み出
して実行することができる、という効果を奏する。According to the present invention, a program for causing a computer to execute the above-described method is recorded on a computer-readable recording medium, so that the computer reads and executes the above-described FDTD calculation method. The effect is that it can be done.
【図１】本発明の実施の形態１による電磁場解析装置を
示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an electromagnetic field analyzer according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態１による電磁場解析装置の
ハードウエア構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a hardware configuration of the electromagnetic field analyzer according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施の形態１による計算結果のうち、
電場のｘ成分分布を示す図である。FIG. 3 shows a calculation result according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a diagram illustrating an x-component distribution of an electric field.
【図４】本発明の実施の形態１による計算結果のうち、
電場のｚ成分分布を示す図である。FIG. 4 shows a calculation result according to the first embodiment of the present invention;
It is a figure showing distribution of a z-component of an electric field.
【図５】本発明の実施の形態１による計算結果のうち、
磁場のｙ成分分布を示す図である。FIG. 5 shows a calculation result according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a diagram illustrating a y-component distribution of a magnetic field.
【図６】本発明の実施の形態２による計算モデルを示す
図である。FIG. 6 is a diagram showing a calculation model according to a second embodiment of the present invention.
【図７】本発明の実施の形態２による計算結果のうち、
光エネルギー分布を示す図である。FIG. 7 shows a calculation result according to the second embodiment of the present invention;
It is a figure which shows a light energy distribution.
Ａ ＦＤＴＤ解析領域光入射面 １ 導波路クラッド ２ 導波路コア ３ 入射光 ４ Ａｌ膜 ５ Ｓｉヘッド ６ ＦＤＴＤ解析領域 ７ 微小開口 １０１ 入射波上方入力部 １０２ 入射波計算部 １０３ 構造情報入力部 １０４ 計算パラメータ入力部 １０５ 電磁場計算部 １０６ 電磁場計算出力部 ２００ バス ２０１ メモリ ２０２ 演算装置 ２０３ 記録媒体 ２０４ 入力装置 ２０５ 表示装置 A FDTD analysis region light incident surface 1 waveguide clad 2 waveguide core 3 incident light 4 Al film 5 Si head 6 FDTD analysis region 7 minute aperture 101 incident wave upper input unit 102 incident wave calculation unit 103 structural information input unit 104 calculation parameters Input unit 105 Electromagnetic field calculation unit 106 Electromagnetic field calculation output unit 200 Bus 201 Memory 202 Arithmetic device 203 Recording medium 204 Input device 205 Display device
フロントページの続き (72)発明者 笠間 宣行 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株 式会社エスアイアイ・アールディセンター 内 (72)発明者 加藤 健二 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株 式会社エスアイアイ・アールディセンター 内 (72)発明者 前田 英孝 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株 式会社エスアイアイ・アールディセンター 内 (72)発明者 新輪 隆 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株 式会社エスアイアイ・アールディセンター 内 Ｆターム(参考） 5B046 JA10 5B056 AA00 BB04 BB95 CC03 HH00 5D119 AA11 AA22 BA01 CA06 JA34 LB04 NA04 NA05 Continuation of the front page (72) Inventor Nobuyuki Kasama 1-8-1, Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba Prefecture Inside SII R-D Center (72) Inventor Kenji Kato 1-8-1, Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba (72) Inventor Hidetaka Maeda 1-8-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba Pref. 72 Inventor Hidetaka Maeda Takashi Niiwa Chiba-shi, Chiba Pref. 1-8, Nakase, Mihama-ku S-II R & D Center F-term (reference) 5B046 JA10 5B056 AA00 BB04 BB95 CC03 HH00 5D119 AA11 AA22 BA01 CA06 JA34 LB04 NA04 NA05
Claims (9)
み、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ
Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法を用いて電磁場の伝播状態
を解析する電磁場解析装置において、 前記電磁場が複素数で表現され、前記電磁場の更新をす
るための複素数係数を、前記解析領域への入射光周波数
と、前記金属の前記入射光周波数に対応する複素屈折率
と、前記金属の直流電位に対する導電率とから求める手
段を備えたことを特徴とする電磁場解析装置。An analysis area includes a metal in at least a part thereof, and the analysis area includes an FDTD (Finite Difference).
An electromagnetic field analyzer that analyzes a propagation state of an electromagnetic field using a Time Domain method, wherein the electromagnetic field is represented by a complex number, and a complex coefficient for updating the electromagnetic field is calculated by: An electromagnetic field analyzer comprising: means for obtaining from a complex refractive index of a metal corresponding to the incident light frequency and a conductivity of the metal with respect to a DC potential.
あるいはそれ以下の空間に分布する近視野であることを
特徴とする請求項１に記載の電磁場解析装置。2. The electromagnetic field analyzer according to claim 1, wherein the electromagnetic field has a near field distributed in a space equal to or less than the wavelength of the incident light.
いことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の電磁場
解析装置。3. The electromagnetic field analyzer according to claim 1, wherein an imaginary part of the complex refractive index is larger than a real part.
は近視野光情報記録再生装置の近視野光ヘッドから発生
する近視野であり、前記金属が、前記近視野光プローブ
あるいは前記近視野光ヘッドに作製された遮光膜である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電
磁場解析装置。4. The near-field generated by the near-field optical probe or the near-field optical head of the near-field optical information recording / reproducing apparatus, wherein the metal is applied to the near-field optical probe or the near-field optical head. The electromagnetic field analyzer according to any one of claims 1 to 3, wherein the electromagnetic field analyzer is a manufactured light-shielding film.
み、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ
Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法を用いて電磁場の伝播状態
を解析する電磁場解析方法において、 前記電磁場が複素数で表現され、電磁場の更新をするた
めの複素数係数を、前記解析領域への入射光周波数と、
前記金属の前記入射光周波数に対応する複素屈折率と、
前記金属の直流電位に対する導電率とから求める工程を
含んだことを特徴とする電磁場解析方法。5. An analysis area containing a metal in at least a part thereof, wherein the FDTD (Finite Difference) is used.
In an electromagnetic field analysis method for analyzing a propagation state of an electromagnetic field using a Time Domain method, the electromagnetic field is represented by a complex number, and a complex number coefficient for updating the electromagnetic field is calculated by:
A complex refractive index corresponding to the incident light frequency of the metal,
An electromagnetic field analysis method, comprising a step of obtaining from a conductivity of the metal with respect to a DC potential.
あるいはそれ以下の空間に分布する近視野であることを
特徴とする請求項５に記載の電磁場解析方法。6. The electromagnetic field analysis method according to claim 5, wherein the electromagnetic field has a near field distributed in a space equal to or less than the wavelength of the incident light.
いことを特徴とする請求項５あるいは６に記載の電磁場
解析方法。7. The electromagnetic field analysis method according to claim 5, wherein an imaginary part of the complex refractive index is larger than a real part.
は近視野光情報記録再生装置の近視野光ヘッドから発生
する近視野であり、 前記金属が、前記近視野光プローブあるいは前記近視野
光ヘッドに作製された遮光膜であることを特徴とする請
求項５から７のいずれかに記載の電磁場解析方法。8. The near-field generated by the near-field optical probe or the near-field optical head of the near-field optical information recording / reproducing apparatus, wherein the metal is applied to the near-field optical probe or the near-field optical head. 8. The electromagnetic field analysis method according to claim 5, wherein the light shielding film is manufactured.
れた方法をコンピュータに実行させるプログラムを記録
したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録
媒体。9. A computer-readable recording medium on which a program for causing a computer to execute the method according to claim 5 is recorded.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000089453A JP2001282767A (en) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | Device and method for analyzing electromagnetic field, and computer-readable recording medium having program for making computer execute the same method recorded thereon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005274233A (en) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Fujitsu Ltd | Electromagnetic field simulator, electromagnetic field analyzer, electromagnetic field simulation program, and electromagnetic field analysis program |
| JP2009223669A (en) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Simulation method and simulation program |
| US8241791B2 (en) | 2001-04-27 | 2012-08-14 | 3M Innovative Properties Company | Cathode compositions for lithium-ion batteries |
| JP5158072B2 (en) * | 2007-02-28 | 2013-03-06 | 富士通株式会社 | Device for analyzing electrical characteristics of metal-containing paint coatings |
-
2000
- 2000-03-28 JP JP2000089453A patent/JP2001282767A/en active Pending
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