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[Guilin Sun]

最近此类问题比较多，因此专门写此帖以帮助大家。这里只介绍方法，不涉及具体操作。因此，跟贴的时候请注意，具体问题例如如何设置、仿真出错等请另外发帖。本贴讨论的是周期结构，使用周期性边界条件，至于其设置和选择，可以参见后面连接的帖子或者搜索以下论坛的相关帖子。

1. 关于透射率反射率

实际上，只有周期结构平面波类型的光源（以及波导类的模式光源和高斯光源，偶极子光源也可以）计算透射率和反射率才有物理意义。此时，只需要在透射率区添加一个透射率监视器，在光源背后，或者在光源与结构之间添加反射率监视器就可以。在之间的监视器使用见后面连接。

2. 关于不同衍射级的透射率反射率计算问题

周期结构实际上也可以统称为光栅结构，因为是无限周期的，如果有高级衍射，或者需要分析不同衍射级的透射率反射率，需要使用光栅分析脚本 https://support.lumerical.com/hc/en-us/articles/360037228834-Lumerical-scripting-language-By-category  。

3. 关于散射问题：散射截面积、散射场分布、极化分布

散射问题，一般研究的都是非周期结构，例如飞机的散射截面积等。当然，如果一定要研究周期结构的散射，也可用TFSF来研究。 在TFSF中，散射是指用散射体不存在时的场照明散射体的结果，没有直射或者解析方法可以预测的那部分光场，不仅仅是指从光源来的直射场。

散射截面积这个概念对周期结构还有没有实际意义，大家可以自己考虑，我个人认为没有什么物理意义。

如果一定要计算散射截面积，也是可以的：使用TFSF光源，其尺寸在周期方向要大于周期，而且要求沿传播坐标轴的TFSF4条棱边所经过的物理结构完全一样。由于在周期方向光场是相互作用的，此时，只需要在透射散射区添加一个功率监视器监测前向（T方向）、在反射散射区（R方向）添加另外一个功率监视器即可。如果要使用分析组，建议将周期方向的监视器删除，以免大小设置不正确出现问题。

散射场分布、极化场分布是很模糊的概念，必须说明是近场还是远场：近场直接用监视器可以得到，远场需要用光栅函数分析。可以得到Ep，Es等偏振分量和总的E。

4：关于远场问题

远场有两类，第一类是常见的将监视器上记录的场投射到1米半径的半球面上，可以是非周期的Farfield计算，也可以是周期结构的光栅函数计算，这类远场的结果是E（或者分量）随角度的分布；

第二类，使用farfieldexact， Ansys Insight: 关于farfieldexact及其应用 计算任意位置、平面或者曲面上的场分布，计算出来的E是指定面上坐标的函数。一般用于非周期结构。

也就是说，对于周期结构，正确的远场分析是使用光栅脚本，而不是使用Farfield 函数：Ansys Insight: 关于Farfield3D这系列指令的细节问题

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Lumerical scripting language - By category

https://support.lumerical.com/hc/en-us/articles/360037228834

Lumerical's scripting language allows you to automate tasks and analysis such as manipulating simulation…

[Guilin Sun]

 

5. 斜入射平面波照明
如果是单色结果，可以使用Bloch 边界 用Bloch边界扫描波长的问题（也适合斜入射TFSF光源）
如果是宽谱，可以使用BFAST： FDTD Solutions中的最新BFAST光源技术及其应用

关于角分布（又叫角分布谱，或者角谱）
角分布就是光栅的远场场分布，因为是衍射级，只需要知道衍射角和相应的强度就足够了 ，即E２。
当使用Visualizer查看有限周期结果时（缺省是10乘10个周期，一般没有必要使用更多的周期以免缺失一些衍射级，这部分内容在现场培训时有详细介绍。 这个是近似的方法），是按1米半径球面上的 Theta、Phi 计算的。这里的Theta、Phi是有具体含义的，前者是俯仰角、后者是方位角。

不同波长的角分布不同，必须按不同的波长分别计算。最新版允许使用多线程计算，因此无论是用Visualzier还是脚本，多波长现在计算都很快。

关于指定角度的某个平面的角分布
此时，应该分析这个平面对应的THeta、Phi。例如，当XY是周期，光源沿Z轴正入射，要想知道光栅XZ平面上的远场角分布，只需要在Visualizer上选Phi=0 就可以了。在光栅函数计算时，只需要提取XZ面对应的衍射即可。也就是gratingm计算的 衍射级 。不过，在3维仿真时，很少做如此分析，因为实际光栅衍射在两个方向都有。

关于指定近距离面上的场分布
非周期结构的近距离用Farfieldexact，对周期结构， 计算复杂一些 。
Far field from periodic structures 实际上里面也是用的光栅分析。

关于指定近距离面上场的角分布
这里，角分布是一个模糊的概念，需要知道是什么角？如果是Theta、 Phi，它们是球坐标的量，一般对应俯仰角和方位角，是远场的概念，前面已经介绍了。
如果是希望将近距离面上的场表示为柱坐标分布，这个只需要通过坐标变换就可以做到。如果是正式用户，可以通过邮件支持获得相应的脚本。
如果是希望用类似tan(alpha)=sqrt(x^2+y^2)/Z_projection, tan(beta)=y/x自己定义角度，这个也没有问题，只是现在的alpha角度范围非常小，有没有现实意义需要用户来考证。这里的alpha和beta不能看作是对应于Theta和Phi。

关于sact_ff分析组
该分析组是无基底非周期结构所用的计算某个平面内散射的，不能用于有基底的情况。
能否用于无基底周期结构？不能！

如果基底是吸收介质需要计算透射率远场散射吗？
没有必要，因为基底被PML截断，表示它是无限厚的，远场是零。

如何提取位相和位相差
一般来说，位相只对平面波（何柱面波、球面波）有意义。如果透射反射含高级衍射，应该分析远场，单个衍射级分析。
超表面单元的相位提取

非周期结构的散射分析参考这个帖子（请搜索）： 非周期结构散射的远场分析：散射截面、远场分布、斜入射 综合帖  

以下内容题目请在论坛搜索：

关于结构与光源和仿真的周期性

周期结构、宽光谱平面波斜入射时仿真应该使用什么边界条件

如何计算周期结构在有限近距离面内的场分布

关于光栅衍射级及其计算

farfield系列和grating系列的指令有何不同？ 

关于farfieldexact及其应用 

光源和远场变换的角度Theta, phi及其倾斜的坐标面 

如何计算周期结构在有限近距离面内的场分布