Guilin Sun
Ansys Employee
文字描述有时需要大量篇幅才能说清楚。

如之前帖子的回复:

“周期”结构这个词比较泛泛,无限重复的结构是正确的周期结构定义,简单说就是无限周期;

“有限”周期结构实际上最常见,很少有无限周期的。至于这种情况的仿真是用无限周期即用周期性边界条件还是用PML,要看几个因素:

A:多少为有限?

边缘的单元对结果影响是否可以近似认为与中心单元一样的效应:1:如果是,就用无限周期仿真;2:如果其影响很大,那就不能用无限周期仿真,只能将全部结构一起仿真。此时你说它是周期结构也对,因为局部是周期的,比如Grating Coupler里面的有限个光栅齿,那是要全部仿真的;你说它不是周期的,也对,因为不能再用周期边界条件。

B:用什么光源?严格说平面波只能对应于周期性边界条件;当然也有用PML截断的情况,比如有的超透镜仿真,那是因为认为PML截断平面波产生的影响可以忽略;或者认为衍射场不会进入透镜或者认为即使进入透镜也不会对汇聚场产生影响,等等。近似的手段也是经常用于处理复杂问题的。

用BFAST一定就是无限周期的了,因为其内置的A:

C:用什么边界条件直接决定了仿真是无限周期还是有限周期:用周期性边界条件(Periodic,Bloch),无论用什么光源,仿真都认为是周期的,即无限周期;如果用PML,那就是非周期,即使局部有周期。当然,如果用BFAST光源,因为它自己带有特殊的边界条件设置,所以总是周期的。

至于超表面或者超透镜,其单元结构Unit Cell当然是按周期性结构(周期边界条件+平面波)仿真的;而对于整个结构,超透镜本身并不是周期的,一般用TFSF光源或者高斯光源加PML在理论上是正确的,但是TFSF不能对非周期结构计算透射率反射率,原因之前的帖子已讲,后面再讲。

但是,如前面所说,用平面波+PML也是可以仿真的;

至于计算透射率反射率,你可以测试,不同的仿真面积(即平面波的面积)透射率反射率会不同,这是因为,透镜本身的透射部分是不变的,如果增加光源面积(仿真区面积),入射光的功率就增加,平面波功率等于光强乘面接,总透射就增加,有部分没有经过透镜直接透射了。反射也是一样。所以,用这种平面波+PML(或者加光阑) 计算的透射率是近似的,不同人仿真的结果可能不同。

用高斯光源+PML虽然理论上正确,但实际上一般都用强度均匀的光(平行光)照射,因此结果也可能与实验有一定差别。

这就是为什么另外一个帖子的题目说,Ansys Insight: 为什么非周期结构一般不评定反射率和透射率?

只有在光源功率不随所设置的几何参数比如面积而变的情况下才可以。