超表面单元的相位提取

对于一般的亚波长超表面结构,你监测电场的监视器应当放置在离结构有一定距离的位置,保证监视器所在位置为平面波(亚波长结构无高级衍射,离结构一段距离位置的场必定会为平面波)。然后提取你需要研究的场分量的相位,这里可以用脚本,也可以直接使用visualize中的结果。
但是要注意,你需要提前的是相位差,而不是相位,因此至少需要两个监视器检测相位信息。

可以分两种情况:
1:单个单元用周期边界平面波照明, 此时只需要提取铀这个结构产生的位相,实际上就是S21的位相,分析组Sparams已经考虑了传播位相的补偿,因为假设出射也是平面波,所以用一个点监视器就可以,需要注意楼上说的问题;
对于透射,只需添加一个监视器在结构的另外一面;
对于反射,需要在光源背后再添加一个监视器。
2:Metalens,此时用TFSF+PML,此时用一个面监视器监测出射光的位相,如果愿意也可以补偿光源到前表面的传播位相,而从后表面到监视器位置的传播位相补偿与不补偿,应该问题不大,我的理解是此时要看这个位相分布是不是二次的,以确认其会聚情况。当然,此时监视器也应该远离结构,以免费传播场影响位相计算的正确性,因为位相是根据 E虚部除E实部的反正切计算的。
此时一般只需要在透射方用户需要的地方添加体格监视器即可。

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您好!

    您提到相位差,至少需要两个监视器,对于像超表面单元的相位提取来说,如图所示这样的结构,仿真不同波长和直径下圆柱单元的相位,我应该设置几个监视器?设置的位置呢?监视器是点?还是面?如何计算提取的相位信息得到我所需要的相位?我是不是需要有一个参照相位之类的?

您好!

 对于像超表面单元的相位提取来说,如图所示这样的结构,仿真不同波长和直径下圆柱单元的相位,我应该设置几个监视器?设置的位置呢?如何计算提取的相位信息得到我所需要的相位?我是不是需要有一个参照相位之类的?

我修改了前面的回复。
提取位相已有多个帖子,本帖前面有叙述,请详细参考。

您好,还有一个问题是超表面仿真中,直径100um以上的大尺寸仿真时,内存不足如何处理,怎样加速仿真。

因为此时几何尺寸远大于波长,估计此时你只能
1:使用对称性边界条件


2:处理一些监视器

3:根据具体需要设置仿真的最短波长,不要用无为的短波长。

其它的措施参见

您好,您提到单个单元用周期边界平面波照明, 此时只需要提取这个结构产生的位相,实际上就是S21的位相,那在分析组Sparams中,metamaterial span和metamaterial center两个参量如何设置,例如TiO2纳米块这样的结构,衬底SiO2有一定厚度,TiO2又有厚度,metamaterial span是SiO2和TiO2两种材料厚度的和吗?还是按TiO2的厚度呢?透射式、不止一种材料的单元如何设置分析组Sparams中的参数?

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metamaterial span和metamaterial center两个参量是当时坐这个例子的工程师用的,如果是我的话,我就不用它们,而是使用超材料两个表面的参量。它们的作用是计算位相补偿,这个KB是我写的,里面说的很清楚
https://kb.lumerical.com/en/metamaterials_s_parameters.html
所以,metamaterial span就是超材料结构的总厚度,不包含最下面的基底;metamaterial center就是超材料结构(不含最后一个基底)的中心位置。

特别是, 当基底有多于一种材料的膜层时,上面的说明更重要:衡量S21是在最后一个基底上,中间的膜层也产生位相变化,属于超材料的一部分,其下表面是基底的上表面,而计算S21 的监视器是位于最后一个基底里面,只需要补偿基底的上表面到监视器位置的位相。了解了位相补偿的原理,计算就比较简单了,你自己也可以修改里面的脚本。

您好,假设超表面结构有SiO2衬底和TiO2两层,如果用metamaterial span和metamaterial center两个参量时,

例子里的脚本propagation_phase = k1 * propagation_length1 + k2 * propagation_length2; # calculate accumulated phase from propagation length

k1*propagation_length1 对应的是光源到超材料下表面相位,k2 * propagation_length2对应的是超材料上表面到监视器的相位。

如果是两层的情况下,是不是就要改为propagation_phase = k1 * propagation_length1 +k3 * propagation_length3+ k2 * propagation_length2;,k1*propagation_length1 对应的是光源到SiO2下表面相位,k3 * propagation_length3对应的是SiO2下表面到SiO2上表面相位,k2 * propagation_length2对应的是TiO2上表面到监视器的相位。

我的理解对吗?

不对,你没有理解我上次回复的内容。如果SiO2在中间,而TiO2是真正的基底,那么SiO2部分属于超材料的一部分,不需要补偿。我修改了前面的回复,更直白一些。

您好,您的意思是不是不需要修改propagation_phase = k1 * propagation_length1 + k2 * propagation_length2; # calculate 。SiO2和TiO2都是超材料的一部分,在metamaterial span和metamaterial center根据两个材料的厚度和来算。然后您是说这两个变量的设置不理想,如果换成整个超材料的上下面来定义更好理解,不管超材料是单层还是多层,按一个整体来理解,对吗?

是不是理想不同人可能有不同的看法,最关键的是如何定义这些参数。
在我们写这个例子的时候,超材料比较简单,就是在一个基底上有微结构,那么上下表面有很清楚的定义。
当这种结构又有一层或者多层膜系结构时,我的理解仍然是要把这些膜系结构包括在超材料微结构里面,因此,定义下表面应该是基底的上表面,而超材料的上表面就是微结构与空气或者其它覆盖层 下表面的界面。有了上下表面,那么其中心就容易计算了。这是我的理解,你也可以参考类似的文献,与文献结果作一下比较。有问题可以继续探讨。

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你好,我在follow这篇文献High efficiency near diffraction-limited mid-infrared flat lenses based on metasurface reflectarrays,但是单元的相位变化曲线总是达不到0-2pi,我想知道是我脚本的原因还是这个结构本身就达不到0-2pi,如果达不到0-2pi,那么文献里是如何布阵的,weidai_cell.lsf (2.7 KB)
weidai_cell.fsp (246.7 KB),上面是我的模型和脚本,希望您抽时间帮忙看一下,万分感谢,文献如下:High efficiency near diffraction-limited mid-infrared flat lenses based on metasurface reflectarrays.pdf (1.5 MB)

已在另外的帖子回复了 超表面反射阵单元尺寸随相位变化

jrol.fsp (283.8 KB)
jrolsc.lsf (1.0 KB)
ol-39-21-6285.pdf (570.5 KB)

专家能帮忙看看我这模拟有什么问题么。我按照您这个说的来设计的。但是结果没法和文章对上。。。。

结果没法和文章对上的原因很多,请先参考这个帖子 我的结果为什么与文献或实验结果不一致?
逐条对照,然后做相应的修改。 特别是位相可能对网格敏感,以及非传播场可能影响结果,可能需要将监视器远离结构。你需要先测试,把结果附上,并说明你都采取了那些措施, 这样可以减少我们这边的测试,提高回复效率。 特别重要的是, 几何结构和材料必须与文献一样,否则就很难说了。

你好,请问如何如何加探针得到透射的电场信息呢?刚学不是很懂

这个是监视器的一个基本使用,建议看一下相关的例子,里面应该都有提到。

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