关于Auto shut off min &auto shut of max


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前面贴子中,介绍了常见的几种仿真结束的方式,并提到一般情况下最好用Auto shut off min来结束仿真,它同时适用于MODE Solutions 的 varFDTD.
但是对不少用户来说,对Auto shut off min的使用和影响还不太清楚,所以这里单开一贴解释。

我们说,FDTD是时间域算法,不同软件提供不同的输出数据。我们软件利用监视器输出数据,分时间域监视器和频率域监视器。绝大多数用户希望得到宽光谱、连续波(cw)的结果,因此,需要对时间信号做傅立叶变换。要得到准确的傅立叶变换,信号要衰减到足够小,一般来说,仿真区内的等效强度下降到1e-05,宽谱的傅立叶变换绝大多数情况下就是正确的,因此1e-05是Auto shut off min的缺省值。

但是,Auto shut off min=1e-05 是多波长的平均值。当光源实际注入光谱范围(不一定是用户设置的范围)内个别波长可能有很强谐振,即使平均结果已经达到1e-05,但这个(或几个)波长的谐振并没有得到足够的衰减,因此仿真结束后,在谐振波长附近可能看到透射率反射率曲线有“毛刺”,或者出现个别波长数值反常,这说明仿真停止的太早了,需要进一步减小Auto shut off min。这个现象对宽光谱容易发现,但是对将光源设置为单色(例如斜入射Bloch边界条件)不容易发现。

在一些情况下,要实现很小的Auto shut off min来终止仿真可能导致仿真发散,此时应该处理发散问题,而不是增大Auto shut off min,除非你得到的结果可以接受。

因此我们建议每个仿真文件至少添加一个或几个时间点监视器,位置不需要特别指定。仿真结束后可以查看场是否衰减得足够,有没有谐振等。例如下图显示一时间监视器的Ey,可以看到4000飞秒结束时,场仍然比较强,而且明显的多波长谐振(可以看到拍):
如果查看频谱,可见有几个谐振,而且频谱曲线在谐振波长出游毛刺(图片未提供)。下图显示透射率曲线,“毛刺”分布在整个波段,说明整体的仿真时间内太短,Auto shut off min 太大。

此时应该增加仿真时间,减小Auto shut off min。 当然如果是为了得到快速结果,有时有点误差也是可以接受的。例如在这个例子中,我们看到有三个波长谐振。如果不是为了最终的报告,如此设置可以使用户在最短的时间测试很多的不同设计,效率大大提高。当需要报告最后结果时,再进一步修改仿真参数设置,特别是Auto shut off min。

不建议用户在仿真时将此项取消而利用设置的仿真时间来终止仿真,如此可能大大降低仿真效率,特别是初始仿真。

auto shut of max 缺省值是1e+05,这个数值本是为了检测仿真发散用的。当有增益或者非线性材料时,场的强度可能很大,因此需要大大增加此数,以免刚开始仿真软件就提醒发散而终止。软件支持的最大数值是你计算机操作系统能够处理的最大数。

更多讨论参见


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