Photonics – Chinese

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关于透射谱曲线震荡

    • zenghy
      Subscriber

      整个仿真工程中我们可以将其等效称为一个FP腔,结构底部设置为了metal边界,形成反射。当光垂直入射进入结构的时候,得到的反射谱线比较光滑,如图一所示,之后我将其改成了光斜入射,入射角度为20度,此时反射曲线出现震荡的现象,震荡周期大概是150~ 180nm,如图二所示。我修改了auto shutoff time也无法将其改成平滑的曲线。

    • Guilin Sun
      Ansys Employee
      斜入射你用的什么边界条件和光源以及PML?
      一般情况可以用BFAST, 参见 Ansys Insight: FDTD Solutions中的最新BFAST光源技术及其应用
      如果入射角度大,或者想得到更高的精度,可以采用平面波+Bloch 边界条件,然后扫描波长: Ansys Insight: 用Bloch边界扫描波长的问题(也适合斜入射TFSF光源)
      如果斜入射但是使用Periodic 边界条件,而且不是BFAST 改写这种边界条件,结果就是错误的。
      PML 的厚度建议半个波长左右。 如果有高级衍射大角度,建议使用Steep Angle PML。
      假设边界条件和光源正确,透射率反射率大于1,最可能的原因是仿真时间不够Autoshutoff min 太大,参见 Ansys Insight: 为什么说仿真时间要足够长才能得到正确的频域结果

    • zenghy
      Subscriber
      谢谢老师的回答,根据您的回答我对光源(平面光)改成了BFAST,边界的话底部z轴方向是界面metal,垂直于x轴和y轴的边界是Bloch,z轴另外一个测试反射率的一边设置的PML,也尝试设置了Steep Angle PML,但是出现了不收敛的情况。即使收敛还是会震荡。不知道是否还是我的设置问题
    • zenghy
      Subscriber

      斜入射你用的什么边界条件和光源以及PML?

      一般情况可以用BFAST, 参见 Ansys Insight: FDTD Solutions中的最新BFAST光源技术及其应用

      如果入射角度大,或者想得到更高的精度,可以采用平面波+Bloch 边界条件,然后扫描波长: Ansys Insight: 用Bloch边界扫描波长的问题(也适合斜入射TFSF光源)

      如果斜入射但是使用Periodic 边界条件,而且不是BFAST 改写这种边界条件,结果就是错误的。

      PML 的厚度建议半个波长左右。 如果有高级衍射大角度,建议使用Steep Angle PML。

      假设边界条件和光源正确,透射率反射率大于1,最可能的原因是仿真时间不够Autoshutoff min 太大,参见 Ansys Insight: 为什么说仿真时间要足够长才能得到正确的频域结果

      https://forum.ansys.com/discussion/comment/119463#Comment_119463

      谢谢老师的回答,根据您的回答我对光源(平面光)改成了BFAST,边界的话底部z轴方向是界面metal,垂直于x轴和y轴的边界是Bloch,z轴另外一个测试反射率的一边设置的PML,也尝试设置了Steep Angle PML,但是出现了不收敛的情况。即使收敛还是会震荡。不知道是否还是我的设置问题
    • Guilin Sun
      Ansys Employee

      不收敛应该是PML的问题,将PML边界移动远一点,厚一点,有大角度用Steep Angle PML32或者64层,或者借用其PML参数用CustomPML层数增加到128等;参见

      Ansys Insight: FDTD算法中pml的类型和选择

      Ansys Insight: 如何放置PML,到底应该离开物体多远才合适?

      Ansys Insight: 修改PML哪些参数可以有效抑制FDTD发散

      即使收敛还是会震荡应该是仿真时间不够造成的,参见

      Ansys Insight: 为什么说仿真时间要足够长才能得到正确的频域结果

    • zenghy
      Subscriber

      在很宽的光谱情况下,材料拟合怎么样?BFAST并不适合任何情况,特别是有的材料虚部很小的情况可能会出现数值问题。

      初始仿真不建议用很细的网格,请先使用网格精度2,最细的地方用三个网格测试看看。初始仿真先不要追求精度,先解决其它问题,最后再改善精度、


      网格是按材料内最短波长划分的,当波长范围太宽的时候,假设最长与最短差20倍,那么,当网格精度为2时,网格最小尺寸相当于最短波长的十分之一;因为波长差20倍,对长波长来说精度为200分之一,完全没有必要。


      请先考虑是否必要研究如此大的波长范围,实验上能否用一个探测器测试不同波长的响应,可能需要先斟酌一下。

    • Guilin Sun
      Ansys Employee
      有限周期和无限周期是不是相同,取决于有限周期有多少个,边缘效应,即第一个和最后一个单元的外面衍射对整个结果的贡献于其它单元的贡献是很小可以忽略不记还是比较显著? 如果是前者,那么当然我们可以假定是“无限”的。物理上实际上并没有无限的问题,只是数学上存在。 根据前面的说明,我个人认为10个以上的周期就可以基本认为是无限的了,当然,取决于不同的目的和用途,这个范围变化比较大,特殊情况有的实验用3个周期就得到有意义的结果,而有的可能要几十个。 有些结果是不能从有限周期推广到无限周期的,比如透射率反射率问题:Ansys Insight: 为什么非周期结构一般不评定反射率和透射率? 注: 以后有不同问题请另外单独发帖。现帖子问题已解决的话请标记为Best Answers。谢谢!
    • zenghy
      Subscriber

      在很宽的光谱情况下,材料拟合怎么样?BFAST并不适合任何情况,特别是有的材料虚部很小的情况可能会出现数值问题。

      初始仿真不建议用很细的网格,请先使用网格精度2,最细的地方用三个网格测试看看。初始仿真先不要追求精度,先解决其它问题,最后再改善精度、

      网格是按材料内最短波长划分的,当波长范围太宽的时候,假设最长与最短差20倍,那么,当网格精度为2时,网格最小尺寸相当于最短波长的十分之一;因为波长差20倍,对长波长来说精度为200分之一,完全没有必要。

      请先考虑是否必要研究如此大的波长范围,实验上能否用一个探测器测试不同波长的响应,可能需要先斟酌一下。

      https://forum.ansys.com/discussion/comment/120526#Comment_120526

      老师,您好!波长范围确实需要这么大,材料确实拟合不够好,主要用的半导体Si材料。如果换成Bloch,进行sweep,对内存要求很大吧。在这种情况下是否还可以使用BFAST呢?如果可以,是否是对材料进行修改?这样结果是否是可靠的呢?谢谢老师!
    • Guilin Sun
      Ansys Employee

      1: 可以用Bloch边界条件来扫描波长,只是每个波长仿真一次,用的时间较长而已,内存并不需要很多。参见 Ansys Insight: 用Bloch边界扫描波长的问题(也适合斜入射TFSF光源)

      2:材料拟合当然可以改善:不过,在10到35微米之间材料库中的折射率数值是否可靠就不清楚了,请你自己确认。此波段折射率实部的色散几乎可以忽略,虚部也很小:


      我倒是建议你用一个折射率数值就可以,不用材料库中的色散模型,看看结果如何?毕竟BFAST快很多。       

    • zenghy
      Subscriber

      谢谢老师的回答,根据您的回答我对光源(平面光)改成了BFAST,边界的话底部z轴方向是界面metal,垂直于x轴和y轴的边界是Bloch,z轴另外一个测试反射率的一边设置的PML,也尝试设置了Steep Angle PML,但是出现了不收敛的情况。即使收敛还是会震荡。不知道是否还是我的设置问题

    • Guilin Sun
      Ansys Employee

      有限周期和无限周期是不是相同,取决于有限周期有多少个,边缘效应,即第一个和最后一个单元的外面衍射对整个结果的贡献于其它单元的贡献是很小可以忽略不记还是比较显著? 如果是前者,那么当然我们可以假定是“无限”的。物理上实际上并没有无限的问题,只是数学上存在。

      根据前面的说明,我个人认为10个以上的周期就可以基本认为是无限的了,当然,取决于不同的目的和用途,这个范围变化比较大,特殊情况有的实验用3个周期就得到有意义的结果,而有的可能要几十个。


      有些结果是不能从有限周期推广到无限周期的,比如透射率反射率问题:Ansys Insight: 为什么非周期结构一般不评定反射率和透射率?


      注: 以后有不同问题请另外单独发帖。现帖子问题已解决的话请标记为Best Answers。谢谢!

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