Photonics – Chinese

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Ansys Insight:有限元网格DGTD光学仿真初学者: 常见问题

    • Guilin Sun
      Ansys Employee

      DGTD是一种有限元时域仿真方法: 学习时域间断伽辽金算法:Discontinuous Galerkin Time-Domain (DGTD)

      因此, 有其它软件CHARGE和HEAT共有的特点,但是网格设置稍有不同。

      推荐例子 https://optics.ansys.com/hc/en-us/articles/360042089073-Nanobeam-grating

      https://optics.ansys.com/hc/en-us/articles/360042214094-Mie-scattering-DGTD-

      网格设置

      以米散射为例,

       


      例子选用 edges per wavelength 5, polynomial order 2,但是我一般使用edges per wavelength 2, polynomial order 5,因为 edges per wavelength 如果太大可能增加内存的需求大(遗憾的是目前尚不能检查),因为网格细,而后者因为网格粗,内存需要小,仿真会更快,这个对小文件可能看不出区别,文件大时,这种差别就很大了。

       

      我用两种网格测试,结果差不多,这个是与理论比较的结果(误差):
      image

      plot(size_parameter,1-(Qscat)/Qtheory.Qscat,1-(Qscat1)/Qtheory.Qscat,"Mie efficiency","diff Scattering cross section");

      legend("DGTD52","DGTD25");
      其中DGTD52表示edges per wavelength 5, polynomial order 2,DGTD25表示edges per wavelength 2, polynomial order 5。

      细化网格范围入射设置
      最简单的就是将细化网格固定在一个物体上,例如上述例子中的Shere。但是,我们知道,实际的场有“尾巴”,
      image

      image

      因此,必要的话可以大一些。有限元算法的优点是可以Conformal共型,因此这种细化网格可以是指定的形状,不必拘泥于长方体,可以另外添加“几何形体”(没有材料特性,例如例子中的光源和监视器所在的球体)。

      收敛性测试:

      这里仅考虑edges per wavelength 和 polynomial order 的收敛性测试。如前所说,在没有网格限制Mesh Constraint 情况下,edges per wavelength决定整个仿真区的网格尺寸和有限元的个数,如果光与物质作用的体积比较小,整个仿真区网格变化可能对结果变化影响不大;此时建议使用Mesh Constraint ,例如仅对物体做细化,正如例子所用的那样。

      三维远场辐射图
      DGTD可以给出三维远场辐射图:


      目前FDTD只能给出一个面内的远场辐射图。但是借助于脚本,也是可以的,以这个例子: https://kb.lumerical.com/en/index.html?micro_and_lith_imaging.html

      修改右面的设置:
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