如何利用FDTD得到结构的某几何参数改变与入射波长和相位变化的二维图

fdtd

#1

老师您好,我想要模拟一篇文献中的梯形超表面周期结构,文件见附件test1.fsp (251.3 KB)

模拟出来的效果和文献是差不多的。但是我想知道文献中的这个图是怎么画出来的。 这里的 nanorod width 是指梯形的上下底从30nm到150nm。
我只能够利用profile监视器看到三个分量的angle,上面的图直接使用软件就可以得到吗,还是说需要提取数据使用其他软件画图,或者是利用不同宽度的矩形结构模拟后合成的上图呢?
还有一个问题,在使用sweep功能时,扫描profile监视器中的参数时,这些分别都是代表什么意思呢?


#2

应该是通过扫描nanorod width得到的某个电场分量的位相。

我修改了结构组,让梯形的Zmin=-15纳米,Zmax=Zspan我没有变,然后扫描这个参数。
你的重要任务是需要阅读文献看看他们计算的是什么场哪个分量的位相。我选的是Ex。test1_ex.fsp (254.0 KB)

至于

这些都是用户可能需要计算的电磁场量,一般情况就是ExEy和Ez。其它的量一般不用,参见其定义
https://kb.lumerical.com/en/solvers_fdtd_spectral_averaging.html


#3

谢谢老师的回答。
我用您设置的扫描文件运行了以后出现了错误,大概意思是每次扫描后得到的电场数据大小不一样,导致无法保存。
我查了资料好像是因为网格变化的问题,在添加了mesh网格以后解决了这个问题。
但是在 Ex 的扫描结果里,出现了多个参数,如下图。不知道这几个index_1,2,3,4都是什么意思?


我本来以为是因为设置的场监视器是二维监视器的原因。但是在我改为点监视器以后扫描 Ex 还是会出现多个参数。


#5

还有一个问题就是,以width为基础,扫描电场 Ex 出来的结果,只有上图的五个参量,无法获得与波长的关系,那么应该如何获得与波长的关系呢,是需要再添加光源的波长扫描吗?


#6

因为你只需要一个点的电场,不需要线或者面,否则你怎么处理不同地方的位相画在你需要的图上呢?你把监视器改为点监视器。至于哪一点合适,你需要斟酌,测试。

参见这个帖子


任何一点的电场都是4维数据,XYZ和频率,它们可以是点或者线。

Ex的第四维就是频率,当使用点监视器时,其维度就是
1,1,1,nf
你光源是宽光谱,只需要修改监视器的记录点数就可以:


#7

太感谢您了老师,我已经懂了,并用您的方法正确仿真了。test1_ex.fsp (595.0 KB)

但是对于我的sweep1-1和sweep1-2,两个扫描的参数都是一样的,只是sweep1-1对width的扫描点个数设了60个,sweep1-2对width的扫描点个数设了100个。但是最终的扫描结果从图形来看没有很大的区别,而且都感觉没有达到所设置的扫描点的个数,大概只有10个的样子。如下图

虽然从数据结果来看,是达到了所设置的扫面点的个数,但是对于仿真的这个结构来说,它的相位应该是随着width而连续变化的,不应该出现画图中这样的突变。不知道是因为什么原因呢老师。麻烦您了。


#8

我估计是随着宽度的变化,网格也发生了变化,你将X方向的网格固定看看结果如何?我修改了银材料的拟合: test1_ex_overrideX.fsp (603.5 KB)
这是我按60点测试的结果


#9

进一步研究发现,你仅提取监视器中的Ex,如果没有指明,结果只是实部。我在Model里面取绝对值,得到这个结果


这个仍然有点问题,那就是,用一点的电场代替结构的综合作用,其前提得是平面波。
遗憾的是,你的结构有高级衍射:
长波长:

短波长:

所以,你需要审视如何做,到底能不能做,也可能你需要用复杂的远场投射,再使用角度窗口取出零级,计算器位相。你可以参考Grating函数。


#10

您好,能请教一下怎么观察相位变化,我从电场监视器的Angle中看到的都是0是什么情况?
Best regards!


#11

都是零的情况很少见,能发来文件吗?除非是平面波,监视器刚好位于位相零的截面。


#12

老师您好。
我通过您修改了银材料拟合的文件,固定了x方向的网格并且调整网格大小到足够小,已经实现了足够的扫描点个数。我觉得更多的扫描点可以通过更小的网格尺寸来实现。
您说:用一点的电场代替结构的综合作用,其前提得是平面波。而这个结构中我的光源设置就是平面波类型。

您后面观察到的高级衍射不知是怎么做到的,点监视器无法观察到远场的电场分布,而我利用观测反射率的监视器观察到的长波850nm和短波500nm时的远场电场分布都没有衍射。如下图,
500nm:
850nm:
不知您利用的是哪里的监视器以及如何观察到了高级衍射。
非常感谢您对我这个文件问题的详细解答。


#13

入射是平面波没有问题,关键是透射和反射场不是,已经有高级衍射了。

我使用的是面监视器。

你的结果是因为你没有在远场投射计算时选择周期:


#15

不知道老师您观察到的高级衍射用的是我第一个文件中的梯形结构,还是第二个文件中您最后修改了银材料拟合的矩形结构?我这两个文件都在无扫描时单独运行过,也在最后计算面监视器远场的时候尝试了多种周期个数,但都没能观察到您上面很明显的高级衍射。不知道是否是我监视器的位置有问题还是什么原因?
麻烦您了老师。因为以后其他仿真也会用到远场的计算结果,因此想弄透彻一点。


#16

我用的是你第二个文件,修改后上传了,在7楼


我仍然可以得到高级衍射结果

我这样设置

你怎么设置的?我如果不选周期,才能得到你的结果,

你下载我上次的文件再测试。

周期是指远场投射时的设置,仿真文件当然必须是周期的。


#17

老师,我按照您的步骤做的,运行的是新下载下来的您修改过后的文件 test1_ex_overrideX.fsp。

但是最后的结果还是这样的,跟您得到的结果完全不一样,不知道为什么,会不会与我用的2015的版本有关系呢。



#18

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