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Photonics – Chinese

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Ansys Insight: 结构周期性、光源周期性和仿真周期性

    • Guilin Sun
      Ansys Employee
      我认为,提出这三个周期性,可能有助于帮助用户选取合适的光源和边界条件。

      1. 结构周期性

      这个比较容易理解,理论上说无限重复的物理结构(包括几何结构和材料特性)就是周期性结构。但是实际上并没有空间上的无限周期, 例如,实际光栅都有一定尺寸,所以并不是无限周期,但是这并不影响我们用周期结构来分析,因为其边缘的影响可以忽略不计。在实际实验和仿真时,基于多种原因,有时个位数的重复单元也是可以用周期性结构来分析的。特别是在微波领域,以及一些特殊的地方,只有几个重复单元的情况也使用周期性来分析。

      2. 光源周期性

      这里是指光源的横向无限性,此种情况只有理想平面波才满足。然而在实验上光束也有一定尺寸,只要在几何结构上光的照明是均匀的,大多数情况都可以认为是平面波照明。此时光源的尺寸大于仿真尺寸。但是,仿真用的高斯光束,模式光源和点光源都不满足此条件,因为它们的尺寸一般都小于仿真尺寸。

      3. 仿真周期性

      只有当结构和光源同时被认为具有周期性时,仿真才可以是周期的,需要用周期性的边界条件,例如,Periodic、Bloch或者是BFAST本身的边界条件。

      此例包括多种光栅、光子晶体、平面膜层结构、以及其它重复的结构。此外,CMOS也被假设为周期性的仿真。需要注意,不是所有的光栅器件和光子晶体器件都可以用周期性边界条件的,前者如光栅耦合器,后者如光子晶体谐振腔.

      此外就是OLED仿真。按照目前我们的仿真方法:几何结构是周期的,但是偶极子却不是周期的。因为OLED的相干性相对于一般激光很差,因此仿真后按非相干计算。 如果仿真区同时有两个及以上的偶极子(波长范围重合),那么它们是相干的,不满足非相干的条件。

      一般情况下,只有周期性仿真计算的透射率反射率才有意义,此时还可以分析衍射级。有限尺寸光源的透射率反射率没有什么物理意义(模式和偶极子光源除外,另外如果高斯光束尺寸与实验一样也可以计算反射率透射率)。

      当仿真是周期性时,相关的光源设置和边界条件设置参见这个综合帖子:/forum/discussion/25181/%E5%91%A8%E6%9C%9F%E7%BB%93%E6%9E%84-%E5%AE%BD%E5%85%89%E8%B0%B1%E5%B9%B3%E9%9D%A2%E6%B3%A2%E6%96%9C%E5%85%A5%E5%B0%84%E6%97%B6%E4%BB%BF%E7%9C%9F%E5%BA%94%E8%AF%A5%E4%BD%BF%E7%94%A8%E4%BB%80%E4%B9%88%E8%BE%B9%E7%95%8C%E6%9D%A1%E4%BB%B6-%E7%BB%BC%E5%90%88%E8%B4%B4#latest

      希望此帖子为这类问题提供一个清晰的解决方案。 使用周期性边界条件的前提是:结构和光源都必须举有周期性。平面波实际上有无限大的波阵面,用周期性边界相当于无限大。 问题:结构是周期的,当入射光为有角度入射,而非垂直入射时,fdtd仿真的边界条件应该用周期边界条件吗?还是bloch边界?均分别是怎么规定的? A:周期结构、平面波入射时,在周期方向,一定是需要周期性边界条件。 在添加平面波时,需要选择平面波的类型: [image] 垂直入射时,可以使用Periodic,光源编辑界面上Bloch/Periodic是缺省的设置。 2.斜入射时,取决于使用什么平面波技术,有两个不同的方法: 2.1. Bloch边界条件 这是一种普遍的边界条件,由于数学上要求它只能针对指定的波长有指定的入射角,其它波长的实际入射角将不同于指定的那个入射角,因此一般情况下,它适合单波长计算。多波长需要扫描波长,此时需要锁定材料拟合和网格生成的光谱范围。光源编辑界面上Bloch/Periodic是缺省的设置,监视器也需要设置为记录单波长。 更多说明参见 宽光谱+Bloch,需要插值,适合宽…
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