Analisi della diffusione elettromagnetica di un nanofilo con Lumerical FDTD & Python API

La diffusione elettromagnetica per mezzo di nanofili è un fenomeno di interazione della luce con oggetti aventi dimensioni nanometriche e riveste grande interesse in settori come l'ottica, la nanotecnologia e l'elettronica. Essa può essere di tipo elastico (senza shift di frequenza) o inelastico (con shift di frequenza, ad esempio nello scattering Raman). 

Analisi condotte con il modulo “FDTD” di Ansys Lumerical

Il modulo specifico di Lumerical, la “FDTD 3D Electromagnetic Solver”, utilizza il metodo FDTD (Finite-Difference-Time-Domain) per risolvere le equazioni di Maxwell nel tempo e nello spazio e affrontare problemi sofisticati di diffusione elettromagnetica.

Nel contesto dello scattering (la diffusione), la FDTD può essere utilizzata per simulare una varietà di fenomeni, tra cui:

1. Scattering di Mie e Rayleigh: lo scattering di Mie si verifica quando le dimensioni della particella sono paragonabili alla lunghezza d'onda della radiazione incidente, mentre lo scattering di Rayleigh si ha quando le dimensioni della particella sono molto più piccole della lunghezza d'onda. 
2. Scattering da strutture ottiche complesse: oltre alle particelle sferiche, il modulo FDTD permette di studiare la diffusione da strutture ottiche più complesse, come nanoparticelle, nanofili, strutture plasmoniche, guide d'onda. Queste simulazioni consentono di comprendere come la luce interagisce con tali strutture e di ottimizzare le prestazioni dei dispositivi fotonici e nanofotonici.
3. Scattering in materiali eterogenei: la FDTD in Lumerical può essere utilizzata per simulare lo scattering in materiali eterogenei, come strutture composite. Queste simulazioni sono utili per comprendere come la microstrutturazione dei materiali influenzi il loro comportamento ottico.

Panoramica su Python API

L’ampio ventaglio di applicazioni, la sintassi chiara e leggibile hanno fatto sì che Python diventasse uno dei linguaggio di programmazione di maggior utilizzo nel mondo. Python v3 è incluso nel software Lumerical permettendo quindi di sviluppare flussi di lavoro automatizzati e elaborare grandi quantità di dati. L’interoperabilità tra Python e Lumerical è resa possibile utilizzando Python API (Application Programming Interface) che è una libreria di Python nota come lumapi. Python API è utilizzato per sviluppare script o programmi che interagiscono con il metodo FDTD di Lumerical per creare, configurare e eseguire simulazioni. Python API consente altresì di accedere e analizzare i risultati delle simulazioni.

Per utilizzare lumapi, è necessario installare il software Lumerical sul proprio sistema e quindi importare il modulo lumapi nel proprio script Python.

Python API per lo studio della diffusione elettromagnetica da un nanofilo 2D

Per lo studio della diffusione elettromagnetica da un nanofilo 2D in Python API, si possono utilizzare diverse librerie e strumenti, a seconda esigenze e preferenze:

1. NumPy e SciPy: queste librerie sono fondamentali per la computazione scientifica in Python. NumPy offre strutture dati per lavorare con matrici e vettori mentre SciPy fornisce funzioni per l'ottimizzazione, l'algebra lineare, l'integrazione.
2. Matplotlib o Plotly: queste librerie impiegate per la creazione di grafici in Python. Matplotlib offre una gamma di visualizzazioni statiche, animate e interattive, mentre Plotly è completamente interattiva.
3. Scikit-rf: è una libreria utile per l'analisi di reti di trasmissione e caratterizzazione di dispositivi RF/microonde.
4. PyTorch o TensorFlow:  entrambe le librerie offrono un'ampia gamma di strumenti per la costruzione e l'addestramento di reti neurali.

Simulazioni avanzate e calcoli dettagliate richiedono l’uso delle librerie sopra menzionate.

Conclusioni

Lumerical è un software di simulazione fotonica e nanofotonica per progettare e ottimizzare dispositivi come diodi a semiconduttore, laser, fibre ottiche, sensori. L’nterfaccia con il linguaggio di programmazione Python avviene tramite Python API. Python API consente di eseguire simulazioni, di condurre analisi customer dei modelli in esame e dei risultati ottenuti. Ciò è particolarmente utile per automatizzare processi ripetitivi o integrare Lumerical all'interno di workflow più ampi.

Lumerical è un software di simulazione fotonica e nanofotonica per progettare e ottimizzare dispositivi come diodi a semiconduttore, laser, fibre ottiche, sensori. L’nterfaccia con il linguaggio di programmazione Python avviene tramite Python API. Python API consente di eseguire simulazioni, di condurre analisi customer dei modelli in esame e dei risultati ottenuti. Ciò è particolarmente utile per automatizzare processi ripetitivi o integrare Lumerical all'interno di workflow più ampi.