Photonics

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边界条件对“高斯光源+thin lens”的影响以及远场投射脚本使用范围

    • pengrenjuddd
      Subscriber

      老师好,

             我在仿真会聚球面波经过针孔散射这一过程时,遇到了一些问题。模型布局如下图所示,其中会聚球面波采用“高斯光源+thin lens”。针孔的直径小于薄透镜NA所决定的艾里斑直径,这种情况下理论上从针孔出射理想球面波。

      1.边界条件选择Bloch还是PML?

             我分别设置Bloch和PML,z=1.5um处的XY监视器给出的结果如下图所示,其中左边是Bloch,右边是PML。显然PML给出的是正确结果(更符合球面波前),而Bloch似乎是对PML的采样或者是平面波拟合,且存在类似于欠采样现象。这种情况随着监视器远离针孔而愈发严重。请问该如何解释,是否是软件底层算法的问题?另外这只是单个针孔的情况,还希望仿真周期的针孔阵列,按理来说应使用Bloch,但Bloch出现这种现象误差肯定很大,该如何解决?

      2.从针孔散射后的近-远场变换出现条纹图案

          我用PML得到近场分布后,希望进行远场外推得到远场分布,采用了Photolithographic projection to photoresist – Ansys Optics中的脚本propagate_periodic.lsf。由于demo使用的是平面波+Bloch,而我是高斯光+PML,所以我把脚本第41,51,52行的gratingvector,gratingu1,gratingu2函数改成了farfieldvector3d,farfieldux,farfielduy函数,然后以z=0平面的XY监视器记录数据为基准,外推至z=0.5um,1.5um和3um,并且在上述距离处设置监视器记录数据进行验证,结果如下图所示。可以看到,最右边的图(z=3um)出现了明显的条纹图案,请问这是什么原因造成的?

      更进一步地,我外推至z=300um,得到结果如下图所示,已经看不到球面波前的形状,请问这是外推算法出了问题还是视场只有3um宽,范围太小导致结果近似于平面波前呢?

    • Guilin Sun
      Ansys Employee

      A1:正确的光源与边界条件参见 

      Ansys Insight: FDTD Solutions 的光源类型及其典型应用:初学者

      应该用PML正确,因为不是周期的不能用Bloch。

      A2: 正常的物理现象,你看看艾里斑,都有次极大的。

      A3: 错误的原因我就不花时间探究了,正确的方法是用 farfieldexact  farfieldexact - Script command 

      它可以计算任意指定位置的场。计算点多的话可能比较慢,耐心即可得到结果。

      • pengrenjuddd
        Subscriber

        谢谢孙老师,

        关于A3,我用farfieldextract3d成功得到了3mm外的远场 ,但是我还想追问一下。

        是否可以这样笼统地概括:

        farfieldextract基于球面子波分解,所以只适用于高斯光源或PML边界,grating基于平面波(角谱)分解,所以只适用于平面波或周期、bloch边界?

        • feng wenlu
          Subscriber

          您好,我也在仿真球面波的远场相位分布。我用farfieldvector得到球面波在1m处的相位分布是圆环形的条纹,这个结果跟我的预设不一致。我想检查一下自己的仿真是否设置有误,您是否愿意分享一下您用farfieldextract3d得到3mm处的电场相位分布或者脚本语言吗?

    • Guilin Sun
      Ansys Employee

      没有说是基于球面子波分解,而是基于等效原理。只适用于高斯光源或PML边界的原因是,它无法考虑周期效应。

      grating基于平面波(角谱)分解和光栅分析,只适用于平面波+周期、bloch边界情况。

      任何场均可以用平面波分解。

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