本案例以WO3/W薄膜爲例,介紹FDTD中反射率測量的主要過程。軟件版本爲Lumerical的FDTD Solutions 2020a。
下面介紹主要步驟:
1. 導入材料
由於WO3材料在FDTD的材料庫中沒有內置,需要自己查找並導入,對於一般材料可以從如下網站中查找相應折射率:
http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/nk/
https://refractiveindex.info/
https://refractiveindex.info/
點擊Materials,
在彈出的窗口中,點擊Add,在彈出的選項框中選擇Sampled 3D data。
點擊Import,在Select File中選擇折射率文件,導入即可。
2. 添加結構
結構添加通過Structures添加,選擇Rectangle,添加WO3薄膜,
相同的思路,添加W層,WO3是在W上方,因此設置的時候Z方向的數值應契合好。相關設置如下:
3. 設置FDTD Region
點擊Simulation,添加FDTD。由於是薄膜結構,X和Y方向是無限延伸的,因此X,Y方向設置成周期性邊界條件,週期性邊界條件的情況下PML可以設置成steep
angle,以提高計算速度。
結構尺寸上按需求設置,X,Y方向沒有特別要求,Z方向最小值應設置在W層中,最大值在WO3上方,同時遠離結構至少半個波長。其他不需要特別修改,默認即可。
4. 添加Mesh
點擊Simulation右方的下拉菜單,添加Mesh。建模設計過程沒有明顯的先後次序要求,Mesh什麼時候設置都可以。網格有兩種添加方案,一是設置Mesh的尺寸,二是基於結構,這裏主要考慮WO3/W薄膜反射率,可以把mesh加到WO3上。
5. 光源設置
點擊Sources,加入光源。光源選擇平面波,入射方向設置z負方向。光源尺寸大於FDTD尺寸(如果沒有大於會在仿真時自動拓展),光源放置在結構上方,具體可以對比結構尺寸和光源尺寸查看。
6. 監視器設置
主要設置反射率監視器。
監視器類型選擇Frequency-domain field and power。
監視器選擇Z-normal,XY平面尺寸大於FDTD尺寸,大了無所謂,超出的部分不會記錄數據,主要是設置Z方向的位置。反射率監視器在光源和FDTD上邊界中間。
在General選項中,點擊Set global monitor settings,
Frequency points數量設置爲50,這個數值越大,譜線越光滑。
7. 檢查運行內存
點擊Check,選擇Check simulation and memory requirements,
保證mesh和running
simulation不超過電腦內存大小,否則無法計算,需要降低精度才能計算。
8. 運行
上一步檢查沒有問題的話,點擊Check旁邊的Run,運行即可,等待運行結束。
一般會提前結束,提前結束的條件是Autoshutoff的數值滿足FDTD中設置的停止條件。
9. 結果分析
右鍵點擊R,可以查看該監視器平面的電場磁場等信息,選擇T,查看反射率信息。
另外,FDTD仿真得到的計算結果,也可以導入Matlab中進行進一步的數據處理。
欲將反射光譜導入Matlab,可以在script prompt處輸入以下語句:
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R0=getresult('R','T'); R=R0.T; lambda=R0.lambda; matlabsave('WO3.mat',R,lambda); |
最後,有FDTD仿真相關需求,可以通過微信公衆號聯繫我們。
微信公衆號:320科技工作室。