Photonics – Chinese

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收敛性测试时,为什么不是精度越高结果越好?需要注意什么问题呢

    • M202073016
      Subscriber

      老师您好,我正在研究一个结构的吸收率,结构自下而上由金属反射层-空气腔-介质-金属薄膜组成,周期8μm,金属薄膜只有15nm。由于金属薄膜太薄了,以致于我前期需要降低精度,所以有时吸收率96%,有时是98%。定下来模型参数后,我进行了收敛性测试,所有的测试结果都在98%左右。但出乎我意料的是,并不是精度越高吸收率越高,它只会在某一点最高,而这一点恰好是我之前用的比较多的一个精度点(mesh网格的尺寸),以下是我的部分收敛性测试结果。

      金属薄膜的网格划分,dz=1-5nm,dx=dy=40-400nm,如下图。对于dz的测试,结果会在3nm的时候最高,这也是我平时使用的一个精度。

    • Guilin Sun
      Ansys Employee
      "但出乎我意料的是,并不是精度越高吸收率越高"

      这个很正常,在一定条件下,网格精度越高只能说结果的精度越高,不能保证结果越高,是不是?吸收率数值大了,反射透射就小了,所以不能由网格精度高就推论出某个结果数值就大。

      真正的收敛性测试比较复杂,需要在调整网格的同时调整PML层数,保证PML的厚度(PML的网格尺寸乘层数)大致不变,监视器位于网格面上减少插值误差等。这些网格尺寸对结果的应该不一样,比如有精细结构,其网格尺寸至少要充分分辨其几何和物理特性;而光源的注射误差也与网格尺寸有关。

      更多的收敛性测试参见: Convergence testing process for FDTD simulations

      虽然理论上说网格无限细可以使仿真结果趋近连续结果,网格很细以后其它因素的误差可能占主导地位,因此仿真精度适可而止,不必为追求较小的误差而花费大量的时间。当深究以后,实际制造的结构尺寸误差,材料折射率误差和材料均匀性等也不保证同一批器件测试结果一样,更不用说测量也有误差了。
    • M202073016
      Subscriber

      "但出乎我意料的是,并不是精度越高吸收率越高"

      这个很正常,在一定条件下,网格精度越高只能说结果的精度越高,不能保证结果越高,是不是?吸收率数值大了,反射透射就小了,所以不能由网格精度高就推论出某个结果数值就大。

      真正的收敛性测试比较复杂,需要在调整网格的同时调整PML层数,保证PML的厚度(PML的网格尺寸乘层数)大致不变,监视器位于网格面上减少插值误差等。这些网格尺寸对结果的应该不一样,比如有精细结构,其网格尺寸至少要充分分辨其几何和物理特性;而光源的注射误差也与网格尺寸有关。

      更多的收敛性测试参见: Convergence testing process for FDTD simulations

      虽然理论上说网格无限细可以使仿真结果趋近连续结果,网格很细以后其它因素的误差可能占主导地位,因此仿真精度适可而止,不必为追求较小的误差而花费大量的时间。当深究以后,实际制造的结构尺寸误差,材料折射率误差和材料均匀性等也不保证同一批器件测试结果一样,更不用说测量也有误差了。

      https://forum.ansys.com/discussion/comment/153639#Comment_153639

      谢谢老师的解答,我做收敛性测试主要是想看看网格精度对结果的影响大不大,现在看来,只要网格不是特别粗略,结果相差是非常小的。只要精度合适,我的结果应该是可靠的,不一定要追求特别高的精度。
    • Guilin Sun
      Ansys Employee
      对,这样比较好,不需要追求很高的精度否则花时间太多,当然也值得试一试,以便了解更多情况,今后做仿真就更高效了。
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