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：

  1. 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

2016A 最新版FDTD Solutions新添加了一种针对周期结构的 “固定角度光源技术BFAST” ，此技术可以一次仿真得到斜入射时宽光谱结果，一般来说比传统的Bloch+平面波技术要快。但是有一种情况必须使用Bloch+平面波，即光源的入射角大于全反射角。 使用Bloch边界为什么要扫描波长？这是因为要满足Bloch边界条件，只有中心频率的实际入射角是所设置的，其它波长和评论的实际入射角将不同于所设定的入射角，参见 下图和知识库 ： [image] [image] 使用Bloch边界对光源设置有什么要求？ 此时，光源要设置为单色，在扫描组需要同时扫描起始和终止波长，可以在光源中的参数中找到wavelength start 和wavelength stop，并选定一定的要扫描的波长个数。 使用Bloch边界对网格设置有什么要求？ 一般为了得到一致的精度，建议锁定扫描波长范围内的网格，方法是，在FDTD/Advanced里面，给出要扫描的最短波长和最长波长。 使用Bloch边界对功率监视器设置有什么要求？ 此时可以通过监视器通用的GlobalSettings选择，仅监视一…

 

宽光谱+Bloch，需要插值，适合宽光谱多角度仿真

请问对于最新的2016a版的FDTD里面计算斜入射时，多角度是不是还是只能用Sweep进行扫描？另外在计算过程有没有什么设置可以使计算加快？因为我最近的计算发现，有时虽然计算的内存占用的小，但是收敛的却很慢

 

常见的问题：不收敛。主要原因，脉冲太短，需要在时间域设置长脉冲；另外，有些波长的光接近或者达到90度入射，由于周期效应，这些光场将反复谐振，使非物理的，需要减小这些波长的入射功率（即加长脉冲）。

2.2. BFAST技术
光源编辑界面上必须选择BFAST设置，这种平面波技术有自带的特殊边界条件，适合宽光谱固定角度仿真，下面这个帖子有详细描述，参见

在2016a最新版中，Lumerical的FDTD Solutions新添了宽谱固定角度光源技术 Broadband Fixed Angle Source Technique (BFAST) ，其最大优点是，可以在斜入射情况下，一次仿真可以得到周期结构的正确宽谱结果，所有波长的实际入射角是相同的： [image] 而Bloch+平面波技术一般来说需要扫描波长，每次只有一个频率的角度是正确，其它波长的入射角理论上讲不同于中心频率的角度（即所设置的角度），参见 这个帖子 。 这是一种基于分离场的技术，将入射角完全固化在场的迭代方程中，且在有角度的平面内使用自己特有的边界条件，不同于以前的FDTD。 如何选择BFAST光源？ 在添加的平面波General中，plan wave type 选BFAST就可以： [image] 选择BFAST光源后如何设置边界条件？ 因为次技术只能用于周期结构，所以 沿光源入射轴方向仍然是PML； 在有角度的平面（传播的切向）使用BFAST光源技术本身的边界条件，原来设置的不管是什么边界条件，都将被BFAST光源技术本身的边界条件锁替代，同时显示红三…

此方法的角度限制
在利用该光源模拟平面波在空气中的传播时，发现入射角度大于80度的时候计算时间变得很长，而且对于所模拟的光波段而言，短波的模拟效果要好一些，但是长波得到的结果已经失去了平面波电场的分布特性，请问这个问题该怎么解决。我以经设置了较细的mesh和模拟时间。 如果用单波长光源大角度入射的时候，在FDTD里面最大的角度能计算到多少？

 

常见问题：发散。原因，PML和仿真的时间步长。前者可能需要使用Stabilizied或者Steepangle PML，或者增加PML层数，后者可以减小dt multiplier。

当然，对于大角度，例如80度以上的角度，不仅周期性边界需要设置正确，还需要采用steep angle的PML，另外其层数也可能需要增加。不仅如此，超大入射角对于BFAST技术一般比较有挑战性，不仅仿真很慢，而且很可能发散。

光源的一般介绍参见

FDTD Solutions 目前有偶极子，平面波，高斯（标量和矢量），TFSF，模式光源以及用户自定义光源。各类光源的说明见 知识库介绍 。 偶极子光源：物理上可以实现的点光源，主要应用于典型应用是 OLED 和 带结构计算 以及一些 谐振腔的模式激发 。相应的边界条件一般是PML。 **平面波：**现在根据边界条件和算法有几种选择 1：Bloch/Perioidic，传统的使用方法，一般来说必须与周期或Bloch边界联合使用，用于周期结构。但是斜入射时不同波长实际入射角不同。如果使用PML，将产生衍射： [image] https://kb.lumerical.com/ref_sim_obj_planewave_edge.html 2：BFAST，当斜入射，要得到宽光谱结果，又不想扫描波长时使用，在有角度的平面内有自己内嵌的边界条件，只能用于周期结构，斜入射时宽波长保持相同的入射角。但是此方法对于大入射角例如７０度误差比较大，一般不推荐了。 ３：Diffracting：少数情况下使用，相当于普通平面波+硬光阑，因而是衍射光束，不过可以在斜入射时宽波长保持相同的入射角，用PML。 当…

 

周期结构结果分析：透射反射率、散射、远场、角分布、近距场分布、位相提取等 综合帖

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等）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 。 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。 …