Photonics – Chinese

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Ansys Insight: FDTD算法中pml的类型和选择

    • Guilin Sun
      Ansys Employee
      FDTD 和MODE 中的varFDTD最常用的边界条件就是PML。PML全称是Perfectly matched layer 即完美匹配层,是由法国科学家Berenger于1994年提出的。在FDTD发展的过程中,这个边界条件是一个重要的里程碑。在此之前,如何仿真电磁波传输到无限远的问题,已经有几种边界条件将仿真区截断,但都不是很理想,也就是都有一定量的反射,这些反射波又返回仿真区域物体相互作用,严重影响仿真的精度。在正确设置和PML上入射角不是非常大的情况下,我们软件提供的PML可以达到非常低的反射。需要说明的是,所有软件仿真时都需要把PML区域考虑进去,因此,为了减小内存需求,一般来说应该在基本满足仿真精度的前提下尽可能选取少层数。

      软件缺省的也是我们极力推荐的是stretched-coordinate PML。为了方便用户使用,我们将这种技术分为几种情况,届时只要选取合适的PML (官网连接)可以了:
      1. Standard 该设置针对大多数应用能够在使用最少层数情况下提供很好的吸收。一般情况下物体应该穿透PML。如果物体仅延伸到PML里面一部分(例如一些光子晶体器件),有可能产生仿真发散,此时可以选用Stabilized
      2. Stabilized 为了降低仿真发散的可能性,此PML选用更多的层数但是更缓慢的吸收。
      3. Steep Angle 当仿真区的电磁场一较大角度入射到PML上时,例如一些周期结构,对PML要求更高,此时可以选用
      4. Custom 前面三种PML的材料参数都是固定的,用户只能调整层数。对于有经验的用户,可以通过调整PML的材料参数实现更好的性能。
      根据需要,用户可以将所有需要PML的方向设置为相同的PML,例如散射问题,也可以设置为不同的PML,例如环形谐振腔器件。不同方向可以使用不同的PML, 例如x方向两边都使用 Stabilized:

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