KIP-Veröffentlichungen

Der Gegenstand dieser Arbeit ist die Simulation der Streuung elektromagnetischer Strahlung
durch Nanoantennen mit Hilfe der FDTDMethode. Derartige Nanoantennen werden durch
Drähte von wenigenMikrometern Länge realisiert.
Mit Hilfe derMethode der endlichen Differenzen im Zeitbereich (FDTD, finite-difference timedomain)
können dieMaxwell-Gleichungen numerisch gelöst werden. Als Software kam dazu
das freie ProgrammMeep zum Einsatz. Ein Nachteil der FDTDMethode ist der hohe Ressourcenaufwand,
weshalb im Rahmen dieser Arbeit eine parallelisierte Version vonMeep auf dem
bwGRID Hochleistungs-Cluster in Betrieb genommen wurde. In einem ersten Schritt wurde
verifiziert, dass so erhaltene Simulationsergebnisse mit sequentiell berechneten Ergebnissen
übereinstimmen.
Da es sich bei der FDTDMethode um ein numerisches Verfahren handelt, muss die Konvergenz
der Simulationen sicher gestellt werden. ImRahmen der Arbeit wurde bei Verwendung
von festen- und periodischen Randbedingungen überprüft, was beachtet werden muss, um
konvergente Simulationen zu erhalten. Dabei erhaltene Erkenntnisse wurden genutzt um Nanoantennen,
welche auf einer dünnen Siliziumdioxid Schicht platziert sind, zu simulieren.
Außerdem wurden Simulationen durchgeführt, zu denen experimentelle Ergebnisse vorhanden
sind und mit diesen verglichen.

The objective of this thesis is the simulation of electromagnetic radiation scattered by nanoantennas.
The simulations were performed by means of the FDTD method. Such nanoantennas
are realized by wires with lengths of a few micrometers.
By means of the finite-difference time-domain (FDTD) method Maxwell’s equations can be
solved numerically. The free software Meep was used to perform the calculations. A disadvantage
of the FDTD method is the huge computational power which is needed to perform
the simulations. Therefore a parallel version ofMeep was put into operation on the bwGRID
high-performance cluster. In the first stage it was verified that the results calculated at the
bwGRID match with those of the normal serial version ofMeep.
As the FDTD method is a numerical algorithm, one has to make sure that the simulations converge.
Within the framework of this project it was checked how the parameters of a simulation,
using fixed- or periodic boundary conditions, must be chosen to achieve convergent simulations.
That results were used to simulate nanoantennas which were placed on a thin silicon
dioxide layer. Furthermore a few simulations of nanoantennas with existing experimental data
were performed and compared to the experimental results.