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[vision]

老师，您好！

我最近在做夫琅和费衍射仿真，仿真中遇到两个问题，请您帮忙解答，谢谢！

1. 仿真周期结构时，使用grating order transmission分析组获得T-grating数据，将数据log后发现这样，图中为什么会出现旁瓣呢？

[Guilin Sun]

A1: 应该是出现高级衍射了。你可以用Grating分析函数试一下，看看多少衍射级。Ansys Insight: 关于光栅衍射级及其计算

A2：这个情况是单个结构，不是高级衍射的问题，可能是仿真区和监视器横向尺寸太小的缘故。你看一下监视器边缘的场是否几乎为零？不知道你说的圆屏相对波长有多大，称谓夫郎和费衍射是否恰当。多年前我曾经有过这方面的文章。你可以网上搜一下。还有，此时用TFSA光源计算远场的物理意义可能不清楚，你需要甄别：Ansys Insight: FDTD 初学者： 平面波和全场散射场tfsf光源有什么区别

[vision]

老师,您好！
感谢您的回答。
Q1:我用grating transmisiion分析组看了衍射级，其衍射级数是26000，该怎样判断是否有高级衍射呢？我看了一下论坛里关于高级衍射问题，您说当衍射角大于70度，可认为是高级衍射，但无限周期由没有衍射角宽度，那这里的横纵坐标（n,m）是什么含义呢？(绿色圆圈里)

Q2:圆屏半径是波长的12倍左右。我看了探测器边缘，其电场是基本为0的。同时，我将仿真区域和探测器放大了两倍，但是现象还是一样。“还有，此时用TFSA光源计算远场的物理意义可能不清楚，”这句话意思是，使用TFSF光源计算远场不合适？

[Guilin Sun]

A1:非零级就是高级。

“您说当衍射角大于70度，可认为是高级衍射”这是指使用大角度PML的情况。注意，你第一个图仿真周期的文件应该修正，仅仿真一个周期，产生如此多的高级衍射也可能哪里出了问题。grating transmisiion分析组仅适合周期结构周期边界条件。感觉好像是仿真时间不够，或许有其它设置问题。请参考光栅例子的设置仔细调整。

A2：

“仿真区域和探测器放大了两倍”完全没有必要，一个周期即可。

“还有，此时用TFSA光源计算远场的物理意义可能不清楚”，意思是，TFSF把直射光减去了，你用TFSA外面的散射场做远场投射的物理意义不明确！你想一想实验时是这样吗？如果要得到单个独立结构的远场，可能使用高斯光束较好，你试一下看看。

不要同时讨论周期结构和单个独立结构，这样容易混淆。

本贴先集中精力讨论周期结构。单个独立结构请另外发帖。谢谢！

[vision]

老师，您好！
根据您的建议，我将网格进一步画细之后，其高级衍射消失但衍射级数仍然还是26000.
然后我减小了周期结构的周期，同时减小了仿真区域，但圆的尺寸没有变，发现衍射级数降低了2800.
这种现象正常吗？
期待您的回答。

[Guilin Sun]

周期结构，周期远大于波长，出现高级衍射是正常的。对于你来说，可能是需要固定合适的周期，合适的网格以及用多层Steep Angle PML再研究可能更好一些。再有问题请将你所设置的参数等贴上来，周期用整数个网格，最厚的PML 测试看看。原结果感觉好像有两个周期结构产生调制一样，特别注意PML反射：增加传播距离上的长度，增加PML厚度看看衍射级改变不？如果改变就说了是有反射产生的问题。

[vision]

老师，您好！
感谢您的回答。
根据您的建议，改变了模型的设置，周期用整数个网格，PML设置用多层Steep Angle PML，PML层厚度大于半个波长厚度。但仿真的衍射级数仍然没有变化。这是否说明实际衍射级数有那么多呢，还是我的设置仍然没有设置正确呢？将我的设置对比贴上来。

下面是模型和获得结果的方式。使用grating transmission分析组获得T_grating 。这个T_grating获得的衍射级数分布可以默认为是远场衍射场分布吗？下面的T_grating结果是上面表格中第二项仿真设置模型的结果，衍射级数是2800，衍射级数分布是最后一张图，这个结果正确吗？

[Guilin Sun]

说实话我没有见过如此多衍射级的情况。周期是波长的多少倍？你可以用光栅方程先计算一下有多少衍射级。如果与仿真差别大，说明仿真可能有问题。你把具体结构参数和周期和波长范围等贴出来我可以测试。

[vision]

老师，您好！
感谢您的回答！
我在此贴上我的模型设置，请您帮忙测试一下，谢谢！
期待您的回答。

[Guilin Sun]

我不知道你怎么设置的，我根据你的参数，得到
这是10*10周期的结果

Visualizer 是近似的，用光栅分析（可以借用光栅分析组中的脚本），得到
材料

我不知道你哪里设置有问题。

请重新设置一个文件，按你的参数，仅需要修改：
1：边界条件XY为周期，Z为PML；
2： 光源波长为0.55微米
3：不要用细化网格
再看看结果如何。

[vision]

老师，您好！
非常感谢您的回答。
按照您的建议，我又重新设置模型计算了一下，按照您查看结果的方式，查看了一下监视器的衍射级数，其衍射级数是正负30，和您的结果一样。同时也根据光栅分析组获得了和您一样的图。
不过，以上图是极坐标显示，当查看分析组里的T_grating和num_orders,其结果和以前的一样。num_orders仍然是2800.
请问老师这是什么原因呢？还是2800代表是数据量呢？

[Guilin Sun]

没有问题啊！
衍射级仍然是零级加正负30共61级乘61级。
?61*61;
result: 
3721  
考虑到每一列每一行最大的数字是６１个，单个行计算是少于这个数的，你可以将衍射角结果提取出来看看。

２８００　代表总的衍射级数。

[vision]

老师，您好！
感谢您的回答。
根据您的提示，我提取了（30，0）、（29，10）和（22、22）衍射级的衍射角，其衍射角为90度。所以猜测衍射级数2800是因为远场衍射投射到半球上的原因，π*（30）^2=2827,和2800很接近。
另外我还有两个问题：
图例选择一样的情况下，极坐标显示的衍射级数分布图和vector坐标显示的衍射级数分布图为何会不同呢，难道是因为显示方式不同？

衍射级数分布图为何在外围会有几个能量比较大的衍射级数，正常情况下，从0级到高级衍射，能量应该依次减弱，计算结果为何和理论不同呢？

[vision]

老师，您好！
感谢您的回答。
根据您的提示，我提取了（30，0）、（29，10）和（22、22）衍射级的衍射角，其衍射角为90度。所以猜测衍射级数2800是因为远场衍射投射到半球上的原因，π*（30）^2=2827,和2800很接近。
另外我还有两个问题：
图例选择一样的情况下，极坐标显示的衍射级数分布图和vector坐标显示的衍射级数分布图为何会不同呢，难道是因为显示方式不同？
2.衍射级数分布图为何在外围会有几个能量比较大的衍射级数，正常情况下，从0级到高级衍射，能量应该依次减弱，计算结果为何和理论不同呢？
期待您的回答。

[Guilin Sun]

"所以猜测衍射级数2800是因为远场衍射投射到半球上的原因，π*（30）^2=2827,和2800很接近。"

你这个是估算，实际是每个方向最大６１级，你把一个方向加起来看看

“极坐标显示的衍射级数分布图和vector坐标显示的衍射级数分布图为何会不同呢”

哪个是vector坐标？本来是球坐标按角度显示的，你现在按直角坐标按衍射级画，当然不一样了，你再想一想是为什么。

“衍射级数分布图为何在外围会有几个能量比较大的衍射级数，正常情况下，从0级到高级衍射，能量应该依次减弱，计算结果为何和理论不同呢？”

你没有看到其中一个坐标是０吗？它代表什么意思？你在球坐标上看看。

[Guilin Sun]

[vision]

孙老师，您好！

1. 按照您的提示，计算了一下所有的衍射级，所有衍射级数加到一起等于num_orders, 但是这个最高衍射级是59，前面用grating显示的衍射级数是61啊，为什么不一样呢？
2. 
   

[vision]

孙老师，您好！ 感谢您的回答。不好意思，上一条发错了。 我现在还有几个疑惑，请您解答。

1. 按照您的提示，计算了一下所有的衍射级，所有衍射级数加到一起等于num_orders, 但是这个最高衍射级是59，前面用grating显示的衍射级数是61啊，为什么不一样呢？

2.使用代码存了一下球坐标中的数据，发现其数据量和T_Grating获得的数据量不同呢？T_Grating数据量是35*35，T_grating数据量是61*61，都是获得的各衍射级能量，其数据量应该相同吧。

3.我理解的该图中红圈标出的点是在球坐标中衍射角为90度的衍射级，这种大角度高级衍射在该模型仿真中不应该出现，应该想办法消除吧？

 

期待您的回答。

[Guilin Sun]

A1: 你仅看了一个方向的，你把数据导出来已经显示是正负30加零级了，你要再好好琢磨一下，这个应该不是复杂问题，数据都有摆在那里。你想一想什么地方能给出最高衍射级？你做图的坐标是什么数？

A3：为什么这种高级衍射不应该出现？有什么理论依据吗？如果有理论支撑，也可能是网格精度造成的。不一定正好90度，你把数据提取出来理论。

我不知道“T_Grating数据量是35*35” 是怎么得到的，请你把所需要的数据都导出来，再到分析组里看看它们是怎么计算出来的，再认真分析一下吧。

[vision]

孙老师，您好！

1. 球坐标获得的数据量是35*35，T_grating获得的数据量是61*61（直角坐标）。他们的数据量为啥不一样呢？

2.球坐标是按角度显示的，那在坐标图中显示角度的是红色圈内的，还是黄色圈的呢？

期待您的回复，谢谢！

[Guilin Sun]

A1: 我不知道你从哪里得到的35*35.此问题已经讨论几次了，你画的直角坐标结果是从球面结果得来的，你看看

A2： 球坐标的两个角度：方位角和俯仰角，参见 Ansys Insight: 光源和远场变换的角度Theta, phi及其倾斜的坐标面

此帖子已经反复几次了，如果还有问题，请与周围同学讨论一下，问老师，或者找书看看，有些问题不能仅凭想想，把结果全部输出，逐个检查理解。这个例子衍射级多不方便的话，可以设计衍射级少的，需要时间琢磨。