FDTD Solutions自学整理笔记入门教程（4）：光源

FDTD Solutions自学整理笔记入门教程（转载+翻译+补充）

1.光源的设置

运行结束后，右击sources：

fields: The fields injected at the injection plane is returned as a function of position and frequency/wavelength.

index: The index of the region the source covers is returned. This value does not refresh automatically, user needs to re-calculate the Fields.

time signal: Time domain signal of the source pulse. 

spectrum: The fourier transform of time signal.

注意：平面波的光源范围大小是仿真区域的两倍，这是系统自动设置的，无论设置多大，都会自动变成仿真区的两倍。（这个问题我也是无意中发现的，也是经人指点才解决的）

 

2.平面波的注意点（Plane waves - Edge effects）：

下面分4种情况：前两种正确的情况和后两种错误的情况。（xy二维平面）

（1）一束平面波沿着x方向自由传播。

设置：x方向是PML，y方向是Periodic BC。

模拟的结果：平面波传播到右边，被PML吸收。在光源的前方，相对光强处处为1，光源的后方，因为没有散射场，所以相对光强处处为0，符合理想平面波传播的情况。

 

建议：如果是周期结构可以使用平面波，但如果是非周期性结构，建议使用TFSF光源。

（2）一束平面波入射到一个周期性的圆柱体阵列

设置：在x方面设置PML，在Y方向设置Periodic BC。

一个折射率（默认）为1.4的圆柱体将会导致一些散射。

模拟结果：在光源的前方，会由于圆柱面产生的干涉形成复杂的光强图案。在入射波的后面，将会出现从圆柱面产生的反射造成的散射场。

下面两个是需要避免的情况：

（3）平面波自由传播，但是边界是PML。

设置：所有边界都是PML。

模拟结果：因为PML在模拟的边界吸收了能量，导致了衍射现象，所以将不会产生一个理想的平面波。但是在远离模拟边界的地方，光场仍然是一个平面波。

建议：不建议使用这种情况，因为PML会导致平面波产生失真。（如果PML边界条件被用在垂直于传播方向的方向，则可能因为PML对光的吸收而产生衍射现象。）如果你想要一个一个特定尺寸的光束，可以考虑用a focused beam source。

（4）一个特定大小的平面波自由传播。

设置：所有边界都是PML。平面波区域不会超过仿真区的边界。

模拟结果：这个模拟将不能产生一个理想传播的平面波，因为光源有特定的宽度。这会导致光源的边缘有衍射。但是在远离光源边界的地方，光场仍然近似于平面波。必须警惕这种仿真类型，因为需要考虑靠近光源边缘的衍射。

如果光源不能覆盖整个仿真区域，在光源边界将会产生衍射。在物理结构上，这种情况可以理解成无限大的平面波通过一个和光源相同尺寸的圆孔。平面波通过这个圆孔会产生衍射。

建议：不建议使用这种情况。如果你想要有一个特定尺寸大小的光波，你可以使用a focused beam source。