Zadanie 2

Zadanie jest związane z modelowaniem efektywnych struktur ułatwiających dyskryminacje częstotliwości w detektorach linijkowych oraz obrazowanie rastrowe (urządzenia monochromatyczne). Zaprojektowanie struktur antenowych tego typu będzie wymagało opracowania bardziej złożonych modeli pozwalających na uwzględnienie większych rozmiarów modelowanych obiektów (w porównaniu do pojedynczych pikseli), a także analizowanie efektów sprzężeń między poszczególnymi elementami mogącymi prowadzić do istotnego pogorszenia rozdzielczości lub zakresu dynamiki projektowanych układów detekcyjnych. Metody eliminowania takich sprzężeń już na poziomie struktur antenowych będą istotnym elementem prowadzonych prac. W prowadzonych na tym etapie pracach zostaną uwzględnione wyniki doświadczeń ze strukturami 1-pikselowymi opracowywanymi w pierwszej fazie projektu (zadanie 1 także realizowane przez PW IRE).

Przewiduje się, że efektywne modelowanie struktur półprzewodnikowych składających się z wielu (nawet kilkunastu) detektorów, będzie wymagało opracowanie modelu o kilkudziesięciu milionach równań liniowych. Wynika to z przenikalności elektrycznej Si (względna przenikalność elektryczna wynosząca ok. 12), przewidywanych rozmiarów modelowanej struktury rzędu kilkudziesięciu długości fal oraz konieczności zachowania właściwej dyskretyzacji przestrzennej struktur modelowanych algorytmem FDTD, czyli stosowania siatki obliczeniowej złożonej z elementów o wielkości znacznie mniejszej niż długość fali EM rozchodzącej się w analizowanej strukturze. Z tego powodu planuje się wykorzystanie specjalizowanych wersji oprogramowania obliczeniowego QuickWave 3D przeznaczonych dla platform sprzętowych wyposażonych w akceleratory graficznymi typu GPU (OpenCL) 6.

Dodatkowo, wybrane przypadki (zwłaszcza największe szyki antenowe współpracujące z linijkami detektorów) zostaną także przeanalizowane za pomocą narzędzi opartych na innym algorytmie obliczeniowym – metodzie momentów. Szczególnie dobrze nadaje się on do modelowania obwodów planarnych (tzw. obwodów 2,5-wymiarowych, w których modelowany obwód ma strukturę warstwową). Głównym celem jest końcowa weryfikacja uzyskiwanych wyników, a także przyspieszenie obliczeń w tych wypadkach, w których można znacznie zawęzić rozpatrywane pasmo pracy. Równolegle będą prowadzone prace nakierowane na przeprowadzenie symulacji toru, który pozwoli na właściwe ukształtowanie pole EM THz w płaszczyźnie detektora/detektorów. 

Istotnym etapem prowadzonych prac będzie opracowanie efektywnych modeli pozwalających na projektowanie elementów toru THz, odpowiadających za prowadzenie fal EM od źródła z zewnątrz odbiornika do detektora. W ramach tych prac przewiduje się wykorzystanie elementów falowodowych (np. anteny rożkowe), płaskich struktur dyfrakcyjnych, soczewek dielektrycznych umieszczonych przed detektorami i/lub innych rozwiązań poprawiających sprzężenie między falą płaską i detektorem. W pracach tych zostaną zastosowane narzędzia oparta na metodzie FDTD jako najlepiej nadającej się do pełno-falowego modelowania struktur 3-wymiarowych. We wszystkich wymienionych przypadkach zakłada się zastosowanie środowiska symulacyjnego w pętli automatycznej optymalizacji, jak pokazano w 7. Ze względu na bardzo duże rozmiary analizowanych struktur optymalizowane będą wybrane mniejsze fragmenty struktury o kluczowym znaczeniu dla efektywności detekcji promieniowania w paśmie pracy (np. struktury filtrujące, miejsca połączeń antena-MOS, itp.).