Numerické modelování optické odezvy na aperiodických nanostrukturách

• Thesis title in Czech: Numerické modelování optické odezvy na aperiodických nanostrukturách
• Thesis title in English: Numeric modeling of the optical response on aperiodic nanostructures
• Academic year of topic announcement: 2024/2025
• Thesis type: diploma thesis
• Department: Institute of Physics of Charles University (32-FUUK)
• Supervisor: RNDr. Roman Antoš, Ph.D.
• Advisors: RNDr. Martin Veis, Ph.D.

Guidelines

1. Prostudovat odbornou literaturu a vypracovat podrobnou rešerši daného tématu.
2. Osvojit si matematický popis polarizovaného světla a teorii šíření světla a difrakce.
3. Seznámit se s modely dokonale přizpůsobených vrstev pro modelování aperiodických systémů.
3. Osvojit si ovládání a pochopit algoritmus existujícího modelovacího softwaru.
4. Implementavat do stávajícího softwaru zvolený model dokonale přizpůsobených vrstev; eventuálně vytvořit nový simulační software.
5. Modelovat příklady ilustračních struktur a diskutovat meze použitelnosti metody.

References

R. M. A. Azzam, N. M. Bashara, Ellipsometry and Polarized Light, North-Holland, Amsterdam / New York / Oxford 1977.
M. Born, E. Wolf, Principles of Optics, Cambridge University Press, Cambridge 1999.
H. Kim, J. Park, B. Lee, Fourier Modal Method and Its Applications in Computational Nanophotonics, CRC Press, Boca Raton 2012.

Preliminary scope of work

Optiké modely struktur jsou důležité pro mnoho vědních i technických oborů zahrnujících návrh, výrobu a charakterizaci integrovaných obvodů a dalších elektronických a optických prvků. Klíčem k pochopení optické odezvy je rigorózní elektromagnetická teorie, jejíž implementace se v současnosti velmi rychle rozvíjejí. Jedním z oblíbených modelů je fourierovská modální metoda, která je díky periodickým okrajovým podmínkám vhodná zejména pro periodické struktury. V případě aperiodických struktur je nezbytné jednotlivé periody vzájemně odstínit velkými vzdálenostmi, zrcadly nebo tzv. dokonale přizpůsobenými vrstvami, které neodrážení ani nepropouštějí světlo rozptýlené na studovaných strukturách. Cílem práce bude implementovat zvolený model dokonale přizpůsobených vrstev do fourierovské modální metody. Druhotným cílem bude ověřit meze použitelnosti metody na ilustračních příkladech. Studentovi bude poskytnut systematický teoretický úvod a bude mu dán k dispozici stávající simulační program. Zájemci, kontaktujte mě, prosím, na adrese: [e-mail]

Preliminary scope of work in English

Optical models of structures are important for many scientific and technical subjects including the proposal, fabrication, and characterization of integrated circuits and other electronic and optical elements. The key to understanding the optical response is rigorous electromagnetic theory whose implementations are being rapidly developed. One of popular models is the Fourier modal method, which is particularly suitable for periodic structures due to its periodic boundary conditions. In the case of aperiodic structures, the individual periods have to be separated by large distances, mirrors, or so called perfectly matched layers, which do not reflect nor transmit light scattered on the studied structures. The aim of the work will be to implement a chosen model of perfectly matched layers into the Fourier modal method. The secondary aim will be verifying the limits of the method's applicability on illustrative examples. The student will receive a systematic introduction into the theory as well as an existing simulation package. Those who are interested, please contact me at the address: [e-mail]