JP2001282767A - 電磁場解析装置、電磁場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コンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
電磁場解析装置、電磁場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コンピュータ読み取り可能な記録媒体Info
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- JP2001282767A JP2001282767A JP2000089453A JP2000089453A JP2001282767A JP 2001282767 A JP2001282767 A JP 2001282767A JP 2000089453 A JP2000089453 A JP 2000089453A JP 2000089453 A JP2000089453 A JP 2000089453A JP 2001282767 A JP2001282767 A JP 2001282767A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎ
ｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法によって電磁場解析
を行うとき、解析領域内に金属を含んでいても正しい計
算を行うこと。 【解決手段】 電磁場の更新をするための複素数係数
を、解析領域への入射光周波数と、金属の入射光周波数
に対応する複素屈折率と、金属の直流電位に対する導電
率とから求めることで、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。
ｃｅ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法によって電磁場解析
を行うとき、解析領域内に金属を含んでいても正しい計
算を行うこと。 【解決手段】 電磁場の更新をするための複素数係数
を、解析領域への入射光周波数と、金属の入射光周波数
に対応する複素屈折率と、金属の直流電位に対する導電
率とから求めることで、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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ない近視野の分布を高精度で算出することができる。
【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。
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。
【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。
ることなく収束し、正しい値を与える。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ずに正しい値に収束する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
用される係数の算出方法を説明する。
【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。
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。
【００３４】
【数１】
【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。
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。
【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。
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。
【００３７】
【数４】
【００３８】
【数５】
【００３９】
【数６】
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
示すブロック図である。
【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。
ハードウエア構成を示す図である。
【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。
電場のｘ成分分布を示す図である。
【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。
電場のｚ成分分布を示す図である。
【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。
磁場のｙ成分分布を示す図である。
【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。
図である。
【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。
光エネルギー分布を示す図である。
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
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
Claims (9)
- 【請求項１】 解析領域の少なくとも一部に金属を含
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。 - 【請求項２】 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
特徴とする請求項１に記載の電磁場解析装置。 - 【請求項３】 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請求項１あるいは２に記載の電磁場
解析装置。 - 【請求項４】 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
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電
磁場解析装置。 - 【請求項５】 解析領域の少なくとも一部に金属を含
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。 - 【請求項６】 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
特徴とする請求項５に記載の電磁場解析方法。 - 【請求項７】 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請求項５あるいは６に記載の電磁場
解析方法。 - 【請求項８】 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請
求項５から７のいずれかに記載の電磁場解析方法。 - 【請求項９】 前記請求項５から８のいずれかに記載さ
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000089453A JP2001282767A (ja) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | 電磁場解析装置、電磁場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コンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000089453A JP2001282767A (ja) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | 電磁場解析装置、電磁場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コンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001282767A true JP2001282767A (ja) | 2001-10-12 |
Family
ID=18605214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000089453A Pending JP2001282767A (ja) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | 電磁場解析装置、電磁場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コンピュータ読み取り可能な記録媒体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001282767A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005274233A (ja) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Fujitsu Ltd | 電磁界シミュレータ、電磁界解析装置、電磁界シミュレートプログラム、および電磁界解析プログラム |
| US7211237B2 (en) | 2003-11-26 | 2007-05-01 | 3M Innovative Properties Company | Solid state synthesis of lithium ion battery cathode material |
| US7368071B2 (en) | 2001-08-07 | 2008-05-06 | 3M Innovative Properties Company | Cathode compositions for lithium ion batteries |
| JP2009223669A (ja) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Sumitomo Chemical Co Ltd | シミュレーション方法及びシミュレーションプログラム |
| US8241791B2 (en) | 2001-04-27 | 2012-08-14 | 3M Innovative Properties Company | Cathode compositions for lithium-ion batteries |
| JP5158072B2 (ja) * | 2007-02-28 | 2013-03-06 | 富士通株式会社 | 金属含有塗料塗布物の電気特性解析装置 |
-
2000
- 2000-03-28 JP JP2000089453A patent/JP2001282767A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8241791B2 (en) | 2001-04-27 | 2012-08-14 | 3M Innovative Properties Company | Cathode compositions for lithium-ion batteries |
| US8685565B2 (en) | 2001-04-27 | 2014-04-01 | 3M Innovative Properties Company | Cathode compositions for lithium-ion batteries |
| US7368071B2 (en) | 2001-08-07 | 2008-05-06 | 3M Innovative Properties Company | Cathode compositions for lithium ion batteries |
| US7211237B2 (en) | 2003-11-26 | 2007-05-01 | 3M Innovative Properties Company | Solid state synthesis of lithium ion battery cathode material |
| US7488465B2 (en) | 2003-11-26 | 2009-02-10 | 3M Innovative Properties Company | Solid state synthesis of lithium ion battery cathode material |
| JP2005274233A (ja) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Fujitsu Ltd | 電磁界シミュレータ、電磁界解析装置、電磁界シミュレートプログラム、および電磁界解析プログラム |
| JP5158072B2 (ja) * | 2007-02-28 | 2013-03-06 | 富士通株式会社 | 金属含有塗料塗布物の電気特性解析装置 |
| JP2009223669A (ja) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Sumitomo Chemical Co Ltd | シミュレーション方法及びシミュレーションプログラム |
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