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Photonics – Chinese

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Ansys Insight: 周期结构使用TFSF光源时的散射、反射和透射计算

    • Guilin Sun
      Ansys Employee
      周期结构一般适合用透射率反射率来表征:

      Ansys Insight: 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

       使用平面波做光源。非周期结构可以计算散射截面等参数:

      Ansys Insight: 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

       一般使用TFSF局部平面波光源。但是,现在越来越多的人要研究周期结构的散射,因此需要使用TFSF光源。TFSF是一种特殊的平面波光源:

      Ansys Insight: FDTD 初学者: 平面波和全场散射场tfsf光源有什么区别

      TF里面是总场,因此可以如常计算反射率透射率,而SF里面仅包含散射场,所以适合计算散射截面。

      由于TFSF是一种差分方法(Difference,参见 

      Ansys Insight: Custom TFSF source

      ,需要有一个参考,因此,沿着光源立方体的每个棱边上,需要”看到“相同的结构;沿光源方向一般要深入到基底里面。此外, 计算散射时,棱边上看到不同的结构,反射率透射率一样,但是散射不一样,例如:

      因此,如何定义散射体是一个问题。第一个图假设参考面是基底,凸起的是散射体;而第二个图假设参考面是上面的凸起,认为凹下去的(Etch掉的部分) 是散射体,所以散射计算的结果不同。 这说明在一些情况下,先定义一些概念是很重要的,不能混淆。

      在仿真例子中:
      RT在全场里面,由它们计算反射率透射率;而R_Sc和T_Sc位于散射,利用用来计算散射截面。其中,用
      RSc=transmission(“R_Sca”);
      TSc=-transmission(“T_Sca”);
      得到的结果可以大于1!

      该结果并不违反物理原理,这是因为我们是在散射场,所以不能在散射区计算透射率反射率。相应的截面积只需要将上述结果乘以 sourcepower(f)/sourceintensity(f) 就可以得到。而吸收截面积可以根据1-R-T计算得到,不需要另外的分析组。

      正确的反射率透射率通过RT得到
      R=1+transmission(“R”);
      T=-transmission(“T”);
       
      不会大于1 (关于大于1的问题,论坛有很多相关帖子)。

      此时可以将散射分解为前向散射(我定义维沿光源传播方向)和后向散射(我定义为在光源的反方向)以及总的散射截面积:

      虽然此例中的截面积都小于仿真的几何截面积,
       
      相对于散射体的截面积,是可以大于1 的:
       
      一般是计算相对于散射体的截面积。

      RT监视器的远场就是光栅衍射,可以使用光栅分析:

      Ansys Insight: 关于光栅衍射级及其计算

      其它参见 Tips and best practices when using the FDTD TFSF source

      本帖仅供参考。 如果有具体的问题请另外发帖提问,但是具体的物理原理,还请大家先找参考文献阅读,理解相关定义和里面的物理原理。


      谢谢孙老师的耐心讲解, 让我们对TFST光源有了更加深刻的理解.
      但是我发现在孙老师您的仿真文件中, "R_Sca"及"T_Sca"这个两个monitors的位置设置的有点儿看不懂.
      为什么这两个监视器只是横跨覆盖了部分仿真区域呢? 为什么不覆盖整个仿真区域呢?
      这样做是有什么明确的目的嘛? 有点儿困惑, 希望能得到您及其他老师们的解答.
      十分感谢.

       


      谢谢回帖! 终于有人发现问题了。监视器一般来说都必须覆盖整个区域,很多帖子和技术支持都多次提到,像这个文件,散射场计算就不正确。希望大家在看帖子过程中发现问题及时提出。这个仿真比较简单, 散射的监视器是从RT监视器拷贝的,当时有意错开了一些,一直没有人指出。


      谢谢孙老师的回复, 果真是监视器设置的问题, 因为之前我也尝试过扩大监视器的范围, 最后对比两次运行得到的结果确实不一致, 所以我当时就迷糊了不知道这么设置背后的目的是啥, 感谢孙老师的指点.

    • qiangxiaolong qiang
      Subscriber

      老师您好,我想要计算一个周期结构的散射截面,想要参考您这篇文章,但这篇文章中的图片和附件都失效了,请问能麻烦您再提供一下吗,十分感谢!

    • Guilin Sun
      Ansys Employee

      论坛转移后出现了很多问题。这个帖子已修改,供参考。此外,个别时候显示结果与浏览器有关。

    • qiangxiaolong qiang
      Subscriber

      十分感谢老师的回复!还有一个问题想向您请教,我是用cross section分析组来计算单个粒子的散射截面的,这个分析组可用于计算周期结构的散射截面吗,如果可以的话,应该如何设置他的区域呢

    • Guilin Sun
      Ansys Employee

      设置应该与正常周期结构一样,只需要修改分析组,用两个监视器即可。

    • qiangxiaolong qiang
      Subscriber

      好的,我试试,感谢老师的耐心讲解。

       

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