Photonics – Chinese

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做完material fit仿真发散

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    • wj1996
      Subscriber

      您好:
      我在做varFDTD、FDTD的宽带仿真时,总会碰到仿真发散的问题。这些仿真的共同特点是在仿真区域间存在材料的交替(应该就是material interface)。比如在varFDTD中仿真不同材料构成的层间耦合器时,我在做完material fit 后就会发生仿真发散的问题。我首先1)将传播方向的边界改为metal bc,仿真收敛;同时2)检查MCM, 材料的拟合曲线不存在小于0的情况;3)最后我将PML的层数改为64层使其厚度接近一个波长(standard profile)。但是仿真依然发散,我想请问,在这种情况下如何去检查判断问题的来源呢 。下面时仿真图和时间监视器的结果
      输入端的时间监视器的结果展示为图1,输出端为图2。图三为器件的侧视图。可以看到在仿真后期,输入端的电场分布会突然增加。
      所以想请问我应该如何检查且解决这个问题呢?(之前有关收敛性的帖子已经打不开了,请问技术团队能够进行修复吗)

    • Guilin Sun
      Ansys Employee

      发散原因很多,除了材料和PML外,还有

      PML距离,至少半个波长,可以查看场有没有到PML内,可以将监视器设置为记录PML内部数据;也可以用电影监视器看看发散是从哪里开始的。

      PML参数也很重要。如果Standard不行,可以选用其它类型PML。

      网格尺寸不同方向不能太大。

      如果是周期结构,要检查是否有很大的衍射角,比如70度以上的。此时需要用SteepAngle PML, 可能还要加更大层数。

      用时间监视器看看有没有谐振落在光源光谱的设置范围之外?如果有,要加长光源脉冲。

      等。

       

       

      • wj1996
        Subscriber

        孙老师:

        您好。感谢您的回复,我会根据您的建议进一步调整我的设置。经过前期测试,大概有这么几种现象。1)当包层的氧化硅材料不做material fit 时,使用standatrd pml,仿真不会发散;2)所有材料都做material fit,使用stable pml仿真也不发散,但是透射曲线非常不光滑,并且电场分布也和1)中的有较大不同;3)所有材料都做mf,使用standard pml时,仿真发散。在输入口的时间器里,其表现和之前发的图一类似。就是经过一段时间后,输入端的电场会变得特别大(这个现象也可以通过movie monitor看出)。

        Q1:我现在不能确定什么原因会导致电场会突增

        Q2: 网格的长度比最好不要超过多少呢?

        Q3: 为何我去掉氧化硅的mf会使得仿真收敛呢,这会是一种巧合吗?我检查过,氧化硅的mf应该没有问题吖

         

    • Guilin Sun
      Ansys Employee

      FDTD 对任何的改变,几何形状、材料拟合、网格、脉冲、仿真时间和边界条件可能有不同的响应。 Stabilized PML主要解决的是发散问题,但是不保证其反射率很小。因此一般应该先解决发散问题。

      一般都很难确切知道发散原因,通过修改一些参数,可以抑制发散。

      网格以网格精度2 为宜,精度1精度可能太低;如果精度3 或者更高时发散,一般是PML问题。 不同方向的网格尺寸相差3到5倍一般可以。不要在整个仿真区都用均匀网格,因为完全没有必要。

      一般来说SiO2很少导致发散。检查拟合情况,不能仅看光源光谱范围内的,要看更宽的情况:

       

      如果实在无法使其不发散,建议直接用固定折射率或者不拟合,因为SiO2 的色散很小,是否拟合对结果没有什么影响。个别时候,太小的吸收可能造成问题,这个在DGTD里面较常见。

      • wj1996
        Subscriber

        孙老师:

        您好!感谢您的回复。

        根据您的建议我调整了pml的层数,发现有的时候降低pml的厚度(可能没有半个波长)更有利于抑制发散。其次,在一个更宽的带宽内做材料拟合也有利于发散的抑制。

    • Guilin Sun
      Ansys Employee

      谢谢告知,有时候很难确切知道原因。如果厚PML发散,应该是一些PML参数不太合适。宽谱拟合抑制发散的原因也可能跟那些光源光谱以外波长的谐振有关,还要做更大分析才知道原因。

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