请问和求教Lumerical FDTD 中如何设置入射光的光子轨道角动量OAM的问题

- September 20, 2022 at 8:25 am
  
  JING PENG
  Subscriber
  
  请问老师，如何在FDTD中设置入射光的光子轨道角动量OAM? 目前，我需要模拟计算不同OAM 模式的光入射到我的超材料表面，所产生的的光学效果。光的偏振态可以在光源的设置中进行设置，但是光子的轨道角动量一直找不到可以设置的地方。
  我在论坛里找到一篇类似的文章，是用编程语言对入射光源的一些参数进行设置，如下所示。由于我对编程语言不是很熟悉，不知道孙老师能否修改/编写脚本程序，来设置具有不同OAM模式的入射光呢？谢谢
  
  # scriptfile:usr_custom_source.lsf
  # define position vectors
  x=linspace(-10e-6,10e-6,401);
  y=linspace(-10e-6,10e-6,401);
  z=0; #this is z z-normal source
  X=meshgridx(x,y);
  Y=meshgridx(x,y);
  lambda0=0.5e-6;
  f=c/lambda0;
  w=2*pi*f;
  k=2*pi/lambda0;
  #calculate k-space field profiles
  NA=0.2;
  kx=linspace(-k,k,200);
  ky=linspace(-k,k,200);
  Kx=meshgridx(kx,ky);
  Ky=meshgridy(kx,ky);
  phi=atan2(Ky,Kx);
  theta=real(acos(sqrt(1-Kx^2/k^2-Ky^2/k^2)));
  envelope=exp(-0.5*(Kx^2+Ky^2)/(NA*k)^2);
  Exk=cos(phi)*cos(theta)*envelope;
  Eyk=sin(phi)*cos(theta)*envelope;
  Ezk=sin(theta)*envelope;
  Ex=-1i*czt(Exk,kx,ky,x,y);
  Ey=-1i*czt(Eyk,kx,ky,x,y);
  Ez=-1i*czt(Ezk,kx,ky,x,y);
  Hxk=-sqrt(eps0/mu0)*sin(phi)*envelope;
  Hyk=sqrt(eps0/mu0)*cos(phi)*envelope;
  Hx=-1i*czt(Hxk,kx,ky,x,y);
  Hy=-1i*czt(Hyk,kx,ky,x,y);
  Hz=0*Ex;
  # sacle fild so E^2=1
  E2=abs(Ex)^2+abs(Ey)^2+abs(Ez)^2;
  scaleFactor=sqrt(max(E2));
  Ex=Ex/scaleFactor;
  Ey=Ey/scaleFactor;
  Ez=Ez/scaleFactor;
  Hx=Hx/scaleFactor;
  Hy=Hy/scaleFactor;
  Hz=Hz/scaleFactor;
  # package field data into the EM fields dataset
  EM=rectilineardataset("EM fields",x,y,z);
  EM.addparameter("lambda",c/f,"f",f);
  EM.addattribute("E",Ex,Ey,Ez);
  EM.addattribute("H",Hx,Hy,Hz);
  # save dataset to .mat file
  matlabsave("import_data.mat",EM);
- September 20, 2022 at 3:50 pm
  
  Guilin Sun
  Ansys Employee
  
  这是一个例子，说明如何从已知K空间的场转换为实物空间的矢量算法。轨道角动量OAM有数学公式吗？你说的不同模式一定是表达式不同。只要你有表达式，就可以参照这个例子改写脚本，原文件第一部分是标量算法，第二部分是矢量算法。脚本不熟悉可以慢慢学，例如参见
  Ansys Insight: 几个简单实用的脚本Script命令：用于设置
  Ansys Insight: 初学者如何写/编辑/运行脚本文件
  Ansys Insight: Lumerical脚本命令Script列表
  - September 21, 2022 at 1:13 am
    
    JING PENG
    Subscriber
    
    m is the OAM mode order
- September 21, 2022 at 4:57 pm
  
  Guilin Sun
  Ansys Employee
  
  你只需要u 和 exp(1i*m*phi) 就可以。如果Phi是空间位置的函数，你需要用2D或者3D的函数表示，参见
  https://optics.ansys.com/hc/en-us/articles/360034929713-meshgrid3dz-Script-command
  你需要先测试，修改脚本，有问题另外发帖。
  - September 26, 2022 at 2:08 am
    
    JING PENG
    Subscriber
    
    phi 是柱坐标下，第三个变量/参数，（ρ, z, φ ）.
    '如果Phi是空间位置的函数，你需要用2D或者3D的函数表示', 这句话的意思是指，要把柱坐标变量（ρ, z, φ ）变成直角坐标（x, y, z ）吗？？
    谢谢
- September 26, 2022 at 2:16 am
  
  JING PENG
  Subscriber
  
  直角坐标和柱坐标的转换：
  ${\begin{aligned}x&=\rho \cos \varphi \\y&=\rho \sin \varphi \\z&=z\end{aligned}}$
- September 26, 2022 at 3:59 pm
  
  Guilin Sun
  Ansys Employee
  
  只能输入面光源，因此参数应该是2D。 Phil是xy 的函数，你定义一个2D函数就可以。输入只能是xyz坐标的函数。你先试一下看看是什么结果。