我的层状结构从折射率上看,不同的mesh方式,看到的结果不一样


#1

我设置了一个这样的层状结构,上面和下面是金属,中间是SiO2。我对上面的金属颗粒添加mesh的时候发现用set maximum mesh step的时候会出现如下黑色圈圈看到的类似台阶的情况。我改为set equivalent index 方式设置的时候,又没有了这种情况,如下。这是怎么回事呢


#2

估计是不同材料的折射率不同,划分的网格也不同
建议画图的时候,仔细考虑覆盖关系,或者不让结构相互重叠。


#3

我设置的结构并没有相互重叠。通过仔细对比发现,即使是单层结构,无论mesh 如何细化,折射率变化的界面位置也和设置的结构与空气的交界面位置存在不同。


#4

这里有两个问题:
1:折射率监视器给出的是网格上点的折射率,当结构的边缘与Yee网格不一致时,它会去最接近材料的折射率:

Ex的地方看到的是index_x等
2:改为set equivalent index 方式设置的时候, 网格可能就不一样了,刚巧结构与网格一致,所以看不到问题了。
要比较两种方法,你应该将图形的XY坐标
实际仿真时用的是网格点上计算的折射率(右不同的计算方法,例如Conmformal Variant 0与Stairecase一般不同),这些就是离散计算时的误差原。


#5

如果设置的结构从折射率监视器上看有嵌入问题,是不是可能会造成较大误差?我发现,将两个结构的设置为不是紧贴,但间距又小于网格精度的时候,从折射率监视器上看不再有嵌入问题。我想问一下这样去设置的话,是不是结果比紧贴着时的误差小呢


#6

有嵌入问题是不是可能会造成较大误差? 一般不会,因为在离散世界就是那个样子的,当然我们用Conformal可以将这种误差降低到最小但是误差仍然是存在的,这就是离散产生的误差;
将两个结构的设置为不是紧贴但间距又小于网格精度,结果是否一定准确?这个与你选用的Mesh Refinement有关,而且一般我们不推荐此方法。内部已经根据不同的Mesh Refinement方法作了处理。这样做相当于你又在两个结构中之间添加了背景折射率材料,如果用Conformal,这部分是要考虑进去的,如果用Staircase,而且你的这个间隙占主要,内部将以此间隙的折射率作为此点的折射率。
重复一下,我们不建议人为地添加孔隙。

任何数值计算方法都有一定的误差源,而对FDTD或者任何差分方法而言,这是其中一个误差源,大概有10多篇英语文献专门研究界面出网格点的等效折射率算法。另外还有一本书,不过主要用于微波段,我们软件也已经包含了书中的方法。


#7

明白了,非常谢谢老师的解答