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[LK22]

老師您好，

我在進行TFSF斜入射遠場仿真的時候遇到了一個問題：

「增加光源入射角度時，遠場角分佈出現類似"入射光源"的角分佈(和強度分布)。」

我在測試的時候是用三種不同的 model 尺寸(4um, 1um, 0.8um 的光柵period, 光柵線寬為 period/2)，

對應的入射角度：30, 40, 53 degree

對應的1階繞射角度：19.9, 0.27, 0.07 degree (和入射光在法線不同側)

(1階繞射角先用繞射公式計算得到)

光源從 y軸斜入射，x 和 z 方向設置為 bloch 邊界條件。

我認為以上結構尺寸的變化應該不是造成前面想討論的問題的原因。

為什麼多出了這樣的角分佈？我是使用位於散射場的monitor來進行計算、畫圖，應該不會接收到光源的強度分佈才對。

請問是TFSF在斜入射時有什麼設定沒有考慮到嗎？還是有其他的問題？

再麻煩老師幫忙解惑。

這邊附上我的仿真結構和結果。

結構一 ： 30度入射

(這邊雖然遠場角分佈沒有顯示一階，但透過farfield 腳本有成功畫出0, +1 ,-1 階繞射的遠場強度分佈，且分佈位置經過計算角度偏移與預測的角度相同，所以認為沒有問題。)

[LK22]

不好意思，
"結構一"的"1m遠場角分佈" 紅圈標示錯誤，應該要更正為"phi = 180 , theta = 19.9 "的位置才對！

[Guilin Sun]

farfield 腳本仅适用于监视器边缘上的场几乎为零的情况，否则远场计算不正确！
正如之前的帖子反复讨论过的，这种TFSF光源可以看近场没有问题，远场有问题。如果你想近似计算，需要将监视器数据提取处理，加一个高斯滤波函数，将边缘的场降低到几乎为零，然后再用farfieldeact 给出坐标数值计算。这些坐标最好在半球面上。再次说明，这样做只是近似看衍射角度，衍射级的强度是不准确的。

[LK22]

謝謝老師的回應，
我的理解：散射場 = 總場 - 入射場
而我是使用位於散射場的監視器進行遠場的角分布以及強度分布計算，也就是不包含入射場的散射場強度分布。
目的是要模擬出做實驗時：使用CCD量測繞射光強度 (也就是散射場的遠場)。
老師這邊提出的是"使用TFSF總場內的監視器"的問題吧？

第二個部分，
之前老師說過TFSF散射場遠場除了 0級強度不正確，其他高級繞射是正確的。
老師這邊認為的不正確，是：" 0級遠場強度 不是總場強度，而只有散射場強度" 還是 " 0級遠場的強度就是不正確" 呢？
因為我要的是繞射的散射場遠場強度，並不用包含入射場。(不過我現在也不需要求 0級強度就是了)

[Guilin Sun]

是的，我说的是用总场有问题。散射场监视器的零级计算也需要处理，另外最关键的是，监视器边缘的场有多小？强度是否在1e-6或者更小？ 此时对应的场才1e-3，也是不小的。
如果不需要零级衍射强度，倒是可以试，有的软件就是用TFSF做光栅分析的，但是这个理论还是要清楚的。
你的结果好像有零级，1级和2 级。想验证的话，请仿真一个周期用光栅分析组查看。与你现在有限周期相比，注意是强度的区别，衍射级应该变化不大，除非那个Sinc函数调制后少了个别衍射级。

[LK22]

謝謝老師的回應，
第一個部分：
我的監視器邊緣的E場目前強度是1e-3這個量級的，我會再調整結構修正邊緣場的問題。
第二個部分：
我依照老師的指示模擬了一個週期，使用 visualizer 10*10週期計算斜入射遠場結果如下：


繞射級數和與現在的有限週期的遠場分布一致，但強度的部分不知道為什麼有些高級的繞射強度會比較高？
這是我用有限結構看遠場角分布和觀察 z = 0 時各級數的強度：


較高級的繞射強度應該要比較低才是正確的，為什麼會有這樣的現象呢？

[Guilin Sun]

无限周期仿真结果正确的分析方法是用光栅分析，前面已经提到过。
用10*10周期是近似分析，衍射级衍射角正确，强度不正确！因为无论是加光阑还是高斯函数，均修改了实际结果，这就是为什么反复强调要做远场必须要求场在监视器边缘为零的缘故。这一点请牢记！


单周期仿真无限周期结构，本来是无限个，你做Visualizer选10*10只是十个，显然无论上不正确，只有光栅分析才正确。

[LK22]

謝謝老師，
我這幾天想透過調整 monitor 的 span 和增加模擬範圍來達到減小 monitor 邊緣場強度太大的問題，但是效果都不太好，而且模擬時間也很久。
目前的想法是調整光源，先前老師有提到 "监视器边缘的场有多小？强度是否在1e-6或者更小？" 這個 "1e-6" 是判斷場邊緣是否夠小的分界嗎？

另外還有三個問題：
1. 我有測試光源更改為高斯光源，發現monitor 在邊緣看到的場好像和光源設定有關，所以想透過增加光源 span 和 束腰寬度，來降低光場邊緣的強度。請問這個方法是合適的嗎？
(得到的結構繞射強度會較不均勻。)
2. 若為了達到均勻光源強度的目的，而使用自定義光源(老師先前提到的平頂光束)，這個光源是可以進行斜入射模擬，或是設定上有什麼限制嗎？
(這個部分還沒嘗試，也不太有把握。)
3. 在有角度入射的情況下，繞射的現象好像會影響到 monitor 的邊緣場強度。這樣會導致斜入射的模擬條件下沒有辦法得到正確的遠場強度分布嗎？

再麻煩老師幫忙解惑了，謝謝。

[Guilin Sun]

"這個 "1e-6" 是判斷場邊緣是否夠小的分界嗎？" 这是我个人的建议，对应的场下降到1e-3，比较容易达到，当然其大小可能决定远场的数值精度，可以比较不同量下的结果，也与远场的衍射角大小有关。
因为这个题目已经持续很长时间了，我也在不同帖子，不同回复中有讲。建议以后你测试某种方法开一个新帖，否则这几个方法混淆在一起额，问题有重复。
“1. 我有測試光源更改為高斯光源，發現monitor 在邊緣看到的場好像和光源設定有關，所以想透過增加光源 span 和 束腰寬度，來降低光場邊緣的強度。請問這個方法是合適的嗎？”
可以，不过最直接的办法就是自己生成一个平顶光束。正如你说的，不同束腰宽度结果不同，这是有物理可以解释的。实验的时候我认为很可能高斯光束远宽于有限周期的光栅，是的光栅上照明几乎均匀，但是要仿真很多的束腰可能比较费时间，所以你要考虑折中。
"2. 若為了達到均勻光源強度的目的，而使用自定義光源(老師先前提到的平頂光束)，這個光源是可以進行斜入射模擬，或是設定上有什麼限制嗎？"
斜入射也是可以的，需要用光瞳函数 Defining a beam using a pupil function
"3. 在有角度入射的情況下，繞射的現象好像會影響到 monitor 的邊緣場強度。這樣會導致斜入射的模擬條件下沒有辦法得到正確的遠場強度分布嗎？"
应该可以，特别是你只要单个波长的结果。
  不过，应先集中精力解决正入射情况，问题一个一个地解决。
  注： 论坛实际上仅提供如何使用软件和解答现有例子中的问题，新的仿真方法不在论坛技术支持范围之内。但是知道你的Project需要，我还是想尽量帮助你。因此，每次解决一个问题，不同方法不要混在同一个帖子里，否则这就违反了论坛政策：一个问题一个解决方案。

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