FDTD Solutions 的光源类型及其典型应用:初学者

FDTD Solutions 目前有偶极子,平面波,高斯(标量和矢量),TFSF,模式光源以及用户自定义光源。各类光源的说明见知识库介绍

偶极子光源:物理上可以实现的点光源,主要应用于典型应用是OLED带结构计算 以及一些谐振腔的模式激发。相应的边界条件一般是PML。

**平面波:**现在根据边界条件和算法有几种选择
1:Bloch/Perioidic,传统的使用方法,一般来说必须与周期或Bloch边界联合使用,用于周期结构。但是斜入射时不同波长实际入射角不同。如果使用PML,将产生衍射:
image
https://kb.lumerical.com/ref_sim_obj_planewave_edge.html

2:BFAST,当斜入射,要得到宽光谱结果,又不想扫描波长时使用,在有角度的平面内有自己内嵌的边界条件,只能用于周期结构,斜入射时宽波长保持相同的入射角。但是此方法对于大入射角例如70度误差比较大,一般不推荐了。

3:Diffracting:少数情况下使用,相当于普通平面波+硬光阑,因而是衍射光束,不过可以在斜入射时宽波长保持相同的入射角,用PML。

当然光注入方向用PML。

高斯光源,区别于平面波,光源光斑大小受限于衍射参见这个帖子
标量高斯光源,就是教科书中常见的高斯光束,是标量近似的结果。其束腰不能小于衍射极限,同时光源的几何尺寸必须大于表示高斯分布图形的尺寸,否则相当于给光束添加了硬光栏,导致衍射。

矢量薄透镜NA光源:由众多平面波合成,相当于平面波通过理想透镜的结果,需要指定数值孔径
上述光束现在有两个选项:单波长场分布和多波长场分布
一般都是用PML。

TFSF:全场散射场光源,在全场区域内(即光源区域),入射为平面波;光源区外部为散射场,一般都用PML。个别情况也可以用周期边界。典型应用是散射/吸收截面研究。

模式光源:当光源位于波导中时使用,一般都是用PML或(和金属边界),典型应用是波导结构。

自定义光源:根据需要,用户可以输入任意形式的光源,参见这个帖子。例如
azimuthal polarization
radial polarization
vertex polarization
等,一般都有解析结果,尽管有的简单,有的需要求解方程。

此类光束一般都是有限大小,因此一般使用PML。

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