有关oled仿真、脚本和结果的一些问与答


#1

这些问题分别对应官网上的2D–OLED3D–OLED

Q1 远场图不同波长需要分别仿真是吗?
A: 这个是FDTD的基本问题,只要你设置的光源是宽波长,就能计算宽波长。能否将宽波长的结果取出,取决于你的监视器设置,一般缺省的设置是它记录光源波长范围内的5个/50个波长,可以修改增加,具体根据你要的结果以及光谱的分辨率有关。但是要注意,记录的波长越多,占的内存越大仿真越慢。初始测试记录少量频率点就可以。
在用Visualizer查看时,如果是电场磁场,可以通过下面的频率/波长来查看不同波长的结果;
但是远场是按每个波长计算的,你选择哪个波长,就是那个单波长的结果。要看其它波长,需要再次计算,请点击Far field settings修改。
Q2:远场计算时的ux , uy是什么意思?
A:就是方向余弦,参见这个连接

第一部分,2D
对于这里面的脚本扫描项我有一些不太明白的地方。以下附图均是扫描的结果。脚本为模型的部分扫描脚本。问题在图的下方。
Q2 这个图的纵坐标表示的是能量是吧?
A: 不是,是相对功率。能量和功率是不同的量。
Q3 这个图的纵坐标 Power_air = T_far.T_far2 / dipolePower.dipole_power,您说是表示相对功率, 分母dipolePower.dipole_power我能理解是dipole辐射的实际总功率,可分子T_far.T_far2是扫描里的T_far_avg,怎么会表示功率呢,不应该是透射率吗?
A: 参见这个帖子:光学强度、功率以及电场强度平方的关系
脚本中已经对光学强度积分了,因此是功率,
E2far1(1:res,1:res,i) = abs(pinch(EfarTemp,3,2))^2 + abs(pinch(EfarTemp,3,3))^2 ; 总强度
Power_far1(i) = 0.5*index_near(i)*sqrt(eps0/mu0) * farfield3dintegrate(pinch(E2far1,3,i),ux,uy,90,0,0)/sourcepower(f(i));积分后与光源强度归化所以是透射率。

Q4: 还有扫描结果项里的T_far与T_far_avg的区别是什么呢?
A: 此时你应该查看扫描物件。点击内嵌的dipole orientation,可以看出T2_far_ave是对三个偶极子方向的一个平均值。

如果不平均,就是每个偶极子的透射率,最后的结果应该是3个的平均。

Q5 上图的横坐标np_E2_far.theta指的是观察视角吗?
A:相当于。实际是辐射角,+—90度,因为是2D。
Q6:位置是在结构中far_field_change_index里的Monitor位置吗?
A:是根据这个监视器得到的,位置在1米远的球面上,参见https://kb.lumerical.com/en/solvers_far_field_projections.html
不知道你说的位置是指哪个?
Q7:还有这里面的E2指的是电场的平方即强度吗?
A: 就是电场绝对值的平方和,即强度 abs(Ex)^2+abs(Ey)^2+abs(Ez)^2,也就是intensity,参见https://kx.lumerical.com/t/fdtd-visualizer-e-re-re-abs-abs-2/820
Q8:如果这样的话颜色深浅就代表强度了。
A:可以这么认为。

Q9 这里面的纵坐标T_PC指的是有pc结构的远场透射率吗
A:是5度锥角内的,“T_PC/T_noPC (5 deg cone)”,half_angle = 5; 即半锥角为5度内的积分强度,因为图中是比值,也可以认为是两种情况下的功率之比。注意,在远场情况下,功率正比于强度

Q10 上图的纵坐标dipolepower 指的是dipole本身辐射的能量,而不是辐射到远场monitor的能量是吧?
A:是dipole本身辐射的功率,不是能量, 也不是 远场的功率,因为可能有结构反射和材料吸收等。
Q11:dipolepower 命令和box方法差距多少可以采用?
A:这个并没有规定,主要取决于用户,参见https://kx.lumerical.com/t/dipole-power-box-dipole-power/1558
Q12: 2d时,辐射角到底是怎么看的?为什么是+—90度呢,辐射角是锥角吗?
A: 2D时,总共有360度。
我们研究光在上表面的辐射,总共是0到180度,所以设置为+-90度,你仔细想一想。
Q13: 上图中假设在特定波长下,取一辐射角为50度时,这时对应的强度怎么解释呢?是积分还是什么?
A: 图2显示的是角分布的谱功率密度。如果对波长积分,得到的是角功率密度;如果对角积分,得到的谱功率密度。对两者积分,得到的是所有光谱所有角度内的总功率。这个你也需要好好想一想。如果取50度角,你得到的是在这个角度上的谱分布功率密度。
Q14: 我觉得2d的远场monitor虽然是线的,但它也是用1米远球面上的远场来算的,那它也应该与3d的面monitor监测的远场图是一样的啊?因为在我看来,不管2d还是3d, monitor跟一米远的远场距离来比的话,都可以看作点了。
A: 2D和3D的结果当然不同啊,多一维呢。是不是看作点不重要,关键是它们要能记录光源在上表面的全部辐射。

第二部分,3D

Q1 这里的纵坐标fraction of power radiated指的也是远场透射率T_far,np_T_far吗?
A:是。
Q2:Extraction efficiency萃取效率就是用远场透射率来表示吗?
A:是。
Q3: 与前面的2D-OLED相比,这里的纵坐标T_far怎么变成是远场透射率了呢?
A: 因为绝对值没有意义,所以,如果与
dipole_power相除,就是实际的光输出效率,也就是透射率。
sourcepower相除,只是得到相对偶极子在均匀介质中辐射功率之比。因为sourcepower有解析结果,所以乘以sourcepower就得到实际的辐射功率。

Q4 这个是3D visualize里的远场图,上图的辐射是已经经过了方形的面monitor然后有部分到达一米远球面的远场图是吗? 还有,图上的某一点强度表示的意义是什么?请老师把这个远场图详解一下吧,各个坐标代表的意思是什么,我可能有误区,谢谢~
A: 这是把球坐标压成平面的结果,0到360表示方位角phi,0到90度表示俯仰角theta,参见
https://kb.lumerical.com/en/solvers_far_field_projections_direction_cosine_units.html
其它不用解释了吧。
Q5: 还有这里面的E2,Es,Ep表示的是什么?
A: E2表示远场强度abs(E)^2,Ep表示 Etheta, Es 表示 Ephi.
Q6:我看最后一行的波长没法改变。
A:如果你记录的是单个波长,当然无法改;
如果是多波长,察看电场等时,当你将鼠标放在波长/频率那里后,右面会出现一个滑尺和方框可以左右移动选择波长。
但是,你察看的是远场,而远场需要一个一个波长计算!所以你算一次看到一个波长。在visualizer里选远场后,请点击 Far field settings修改。
Q7:我如果要看发光强度和辐射角的关系这个图足够了吧?还是需要用别的软件处理呢。
A: 这个只是单波长的结果。一般你可能需要多个波长的,需要用脚本文件。

其它参考:OLED仿真结果分析中的T2_far1,T2_far2,T_near都代表什么?


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