varFDTD求解器的使用范围

- November 14, 2023 at 2:47 am
  
  oylllc
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  官网资料上说varFDTD不能用于水平方向上有折射率变化的结构，那么请问varFDTD能否用于脊型波导的仿真（如果使用有效折射率法，水平方向上也是有折射率变化的），如下图所示，是一个600nm刻300nm的铌酸锂波导结构
- November 17, 2023 at 2:36 am
  
  barry Qin
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  您好，varFDTD确实不能用于水平方向上有折射率变化的结构，一般的脊型波导代表是特定的脊结构，在z方向有凸起结构，但在水平方向上没有折射率变化，所以可以仿真。在您提供的这个案例里的铌酸锂波导结构在水平方向上有折射率变化，varFDTD就不适用了。
  不过，varFDTD是对三维的FDTD仿真的一种简化，案例里这种铌酸锂波导结构仍然可以在FDTD内仿真，只是花的仿真时间会长很多。或者您也可以参照官网案例“Lithium Niobate Nonlinear Thermal Waveguide”使用FEEM求解器或者使用MODE里的另外两个求解器来做铌酸锂波导的仿真，具体采用什么求解器取决于您的仿真需求。
- November 20, 2023 at 2:11 am
  
  oylllc
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  "一般的脊型波导代表是特定的脊结构，在z方向有凸起结构，但在水平方向上没有折射率变化，所以可以仿真。在您提供的这个案例里的铌酸锂波导结构在水平方向上有折射率变化，varFDTD就不适用了。"您好，没太看明白这句话的意思，我这里的脊型波导和一般的脊型波导有何不同？水平方向上都是铌酸锂材料，只是厚度不同，脊的位置厚度高一些，我的困惑是如果用有效折射率法来分析脊波导，厚度的差异也会为水平方向上带来折射率差，所以这种时候varFDTD是否还适用？
- November 20, 2023 at 4:18 am
  
  barry Qin
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  您好，我认真研究了您的描述，发现您不理解的这部分描述是我的一个失误，我将自己做过的仿真代入了问题里，非常抱歉。
  关于您的问题，由于有效折射率法需要将波导等效为在水平方向上有折射率变化的波导平板，varFDTD并不适用。另一方面，有效折射率法分析波导的过程依赖于对特征方程的求解，varFDTD求解器也无法实现这一点，或许您可以尝试使用脚本撰写代码来进行这一分析，或者尝试其他求解器。
  - November 20, 2023 at 1:24 pm
    
    oylllc
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    感谢您的回复！但我还是想确认一下，varFDTD实际上并不基于有效折射率法的原理，那它为什么不能用于仿真脊型波导？
- November 21, 2023 at 2:51 am
  
  barry Qin
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  您好，FDTD是时域有限差分法的缩写，时域有限差分法也是脊型波导仿真的常用方法，varFDTD是对三维FDTD做了特殊处理，提高了运算速度，原理仍是时域有限差分法，本质仍是求解麦克斯韦方程组，所以符合条件的脊型波导仍然可以直接进行仿真。只是，如果您想通过有效折射率法来仿真，对模型做了等效处理，等效后的模型在水平方向上有了折射率变化，就不适用于varFDTD求解器了。
  如果只是想仿真脊型波导，没有方法层面的特殊要求，直接使用varFDTD或者FDTD仿真即可。使用基于FDTD算法的求解器来处理有效折射率法的思路建立的模型，相当于把两种可行的算法揉到一起，容易有些混乱。