Photonics

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FDTD 宽带仿真

    • xiaoxiangyeyu
      Subscriber

      孙老师,我想问下,FDTD仿真波导器件时,直接使用多波长仿真时,中心波长之外的模式,软件是怎么考虑的,是使用最接近中心波长的模式来算的吗?如果是,那么最接近的模式和直接使用非中心波长计算出的模式区别大吗?(假设都是使用基模)。如果存在区别,那么超宽谱仿真时需要考虑这个问题吗?(仿真波长假设在500nm及以上)

    • Guilin Sun
      Ansys Employee
      有两种方法:
      1:缺省情况下,仅用中心频率(不是中心波长)的模式代替所有其它波长的模式;
      2:光谱较宽时,建议使用空间宽谱光源,参见 Mode source in broadband simulations – Lumerical Support
      差别大不大应该取决于器件的特性,可以看看模式和模式折射率如何。另外也取决于你所要的最后结果,比如比需要群延迟可能就需要宽谱。如果仅需要透射率反射率,可能问题不大。建议实际测试看看。

    • xiaoxiangyeyu
      Subscriber
      孙老师,我从lumerical其他代理处得到的结论是这样的,当然我更相信您的解释,只是,FDTD本质是采用的Mode解模,之前mode对于频率扫描时会warning这个问题,但是最新版本的mode并没有提醒这个问题,那么这个问题是否随着版本的更新发生了变化哪?

    • Guilin Sun
      Ansys Employee
      你可以用直波导测试,宽谱光源但是不用空间宽谱(即不计算不同波长、频率下的模式),计算透射率,看看是哪个波长、频率的透射率更接近1就知道了。

      当光源为宽谱时,FDTD按中心频率计算模式,这对频谱不宽的情况下是有帮助的,所有光谱都用这个中心频率的模式分布;如果频谱比较宽,就应该用空间宽谱方法(这个名字是我用的,为的是与时间脉冲的频谱有区别),这时会计算不同波长或者频率下的模式分布。因为模式分布是空间上的,所以我用空间宽谱这个概念,英语用的是multifrequency beam。软件通过空间傅里叶变换将不同频率、波长下的模式计算出一个场,然后激发,参见

      https://support.lumerical.com/hc/en-us/articles/360034902073

      https://support.lumerical.com/hc/en-us/articles/360034902213-Mode-source-in-broadband-simulations

      https://support.lumerical.com/hc/en-us/articles/360034382854-Plane-wave-and-beam-source-Simulation-object

      内部需要卷积,所以仿真的时候可能会慢一些,还可能会突然结束仿真。

      我不知道你说的“mode对于频率扫描时会warning这个问题”是什么,是在FDE中扫描时提醒要拟合材料吗?如果不拟合,材料折射率是折线不是连续函数,导致有些结果不连续。
    • xiaoxiangyeyu
      Subscriber
      孙老师,看了您推荐的知识,这个问题我彻底明白了,在此郑重的向您表达感谢,并祝您生活愉快 !
    • xiaoxiangyeyu
      Subscriber


      孙老师,第一张图片是2020R4版本,另一个我不知道是什么版本,我看了相关的多频的解释,觉得frequency dependent profile 和 multifrequency mode calculation 作用是一致的,由于理解不深入,因此补上这个问题。
    • Guilin Sun
      Ansys Employee
      frequency dependent profile 和 multifrequency mode calculation是同一个。
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