FDTD Solutions-平面波

示例1和2:正确使用

理想情况下,平面波源应按以下方式使用:源应跨越整个模拟。应在与传播垂直的方向上使用周期或布洛赫边界条件。PML应该用于吸收透射和反射光。前两个例子说明了这种情况。

 

usr_using_planewave_setup1_zoom39

usr_using_planewave_field1_zoom38

描述

模拟在垂直入射时通过自由空间传播的平面波。

 

模拟设置

 Y边界的周期性BC。PML用于X边界。

平面波源通过模拟边界延伸。

没有物理结构

 

结果

理想的平面波从光源向前传播,并被模拟右侧的PML吸收。

在光源前面,在所有位置测量均匀强度为1。这是平面波的预期。

在源注入平面后面,记录零场,因为没有散射场。

 

建议

这是使用平面波照明和周期性结构设置模拟的适当方法。

对于非周期性结构的平面波照明,请考虑使用TFSF源。

usr_using_planewave_setup4_zoom39

usr_using_planewave_field4_zoom38

描述

模拟入射到垂直入射的周期性圆柱阵列上的平面波。

 

模拟设置

 Y边界的周期性BC。PML用于X边界。

平面波延伸通过模拟边界

指数为1.4的圆柱会引起一些散射。

 

结果

在光源前面,由于球体的干扰而形成复杂的强度图案。

在源注入平面后面,由于球体的反射,有一些散射场可见。

 

建议

这是使用平面波照明和周期性结构设置模拟的适当方法。

对于由均匀材料包围的非周期性结构的平面波照射,请考虑使用TFSF源。

例3

如果在垂直于波矢量的方向上使用PML边界条件,则由于PML吸收的能量将发生一些不期望的衍射。

 

usr_using_planewave_setup2_zoom39

usr_using_planewave_field2_zoom38

描述

模拟通过自由空间传播的平面波,但在所有边界上使用PML。

 

模拟设置

所有边界上的PML BC。

平面波延伸通过模拟边界。

没有物理结构。

 

结果

此模拟不会产生理想的传播平面波,因为PML会吸收模拟边界处的能量,从而导致衍射。

远离模拟边界,场仍然接近平面波。

 

建议

这不是推荐的配置,因为PML会导致平面波的非物理失真。

如果需要有限大小的光束,请考虑使用聚焦光束源。

如果要在非周期性结构上使用平面波,请考虑使用TFSF源。

例4

如果光源不跨越整个模拟宽度,则衍射将发生在源边界处。在物理上,这种设置可以理解为通过源尺寸的孔径的无限平面波。当平面波通过孔径时发生衍射。

 

usr_using_planewave_setup3_zoom39

usr_using_planewave_field3_zoom38

描述

利用平面波源模拟在自由空间中传播的有限大小的平面波。

 

模拟设置

所有边界上的PML BC。

平面波源不会延伸到模拟边界。

没有物理结构。

 

结果

此模拟不会产生理想的传播平面波,因为源具有有限的宽度。这会在光源边缘产生衍射。

远离源边界,场仍然接近平面波。

必须注意这种类型的模拟,因为任何分析都可能必须补偿源边界附近的衍射。

 

建议

这不是推荐的配置。实际上需要这种模拟设置的情况非常少。

如果需要有限大小的光束,请考虑使用聚焦光束源。

如果要在非周期性结构上使用平面波,请考虑使用TFSF源。

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