Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метод конечных разностей во временной области. Учебное пособие
.pdf
импульса. Чтобы входной импульс не был обрезан, смещение импульса должно
быть как минимум в два раза больше длительности импульса для того, чтобы
распределение частот вокруг центральной частоты источника было близко к
симметричному, а начальные поля были близки к нулю в начале моделирования.
Тип источника (pulse type): можно выбрать между «стандартным» (standard) и
«широкополосным» (broadband) типами источника. Стандартные источники
представляют собой гауссов импульс с фиксированной оптической несущей
частотой, тогда как широкополосные источники состоят из гауссова импульса с
оптической несущей частотой, которая меняется по огибающей импульса.
Широкополосные источники можно использовать для моделирования, в котором
требуются данные о широкополосных частотах, например, от 200 до 1000 ТГц. Этот
тип частотного диапазона невозможно точно смоделировать с использованием
стандартного типа источника.
Если была выбрана опция set frequency/wavelength, то можно установить или
частоту, или длину волны, а также выбрать либо установку центра и диапазона,
либо минимальную и максимальную частоты источника.
Если была выбрана опция set time-domain, то можно выбрать тип источника
(pulse type), центральную частоту оптической несущей (frequency), временную
длительность импульса (pulselength), ширину частоты импульса во временной
области на полувысоте (bandwidth) и смещение (offset), то есть время, в которое
источник достигает своей максимальной амплитуды, измеренное относительно
начала моделирования. Смещение в N секунд соответствует источнику, который
достигает своей максимальной амплитуды через N секунд после начала
моделирования.
Доступны дополнительные параметры, такие как «устранение разрывов»
(eliminate discontinuity): функция имеет непрерывную производную (плавные
переходы от нуля и к нулю) в начале и конце определяемого пользователем
исходного сигнала времени.
Также доступна «оптимизация для коротких импульсов» (optimize for short
pulse), которая включена по умолчанию. Ее следует отключать только в том случае,
61
если необходимо минимизировать мощность от источника, находящегося за
пределами диапазона источника, например, из-за проблем сходимости, связанных с
широкополосной инжекцией под крутым углом.
«Устранение постоянного тока» (eliminate dc): устраняет составляющую
постоянного тока за счет обеспечения симметрии сигнала. «Запись локального
поля» (record local field). Если этот флажок установлен, то поля вокруг диполя
сохраняются.
2.2.2 Источник плоских волн и лучей
Источники плоских волн используются испускания однородной в поперечном
направлении электромагнитной энергии с одной стороны области источника. В
двумерном моделировании источник плоских волн испускает волну вдоль линии, а в
трехмерном моделировании источник плоских волн испускает волну вдоль
плоскости. Также возможно инжектировать плоскую волну под углом (рис. 2.16).
Источник плоских волн на самом деле является тем же объектом, что и
источник Гаусса, с той лишь разницей, что используется настройка «форма
источника» (source shape). С использованием периодических граничные условий
или граничных условий Блоха нужно использовать источником плоских волн типа
периодического типа или Блоха. Источник дифрагирующих плоских волн можно
использовать с граничных условий идеально согласованных слоев (PML) во всех
направлениях.
Гауссов источник (Gaussian source) определяет луч электромагнитного
излучения, распространяющийся в определенном направлении, с амплитудой,
определяемой гауссовым сечением заданной ширины. По умолчанию гауссовы
источники используют аппроксимацию скалярного луча для электрического поля,
которая действительна до тех пор, пока диаметр перетяжки луча намного превышает
дифракционный предел.
62
Рисунок 2.16 – Источник излучения плоских волн
Доступны следующие основные настройки данного типа источника. Форма
источника (source shape), амплитуда и фаза. Форму луча можно изменить на
гауссову, плоскую волну или коши/лоренцеву.
Также доступна установка типа источника плоской волны (plane wave type),
ось инжекции (injection axis), вдоль которой распространяется излучение.
Направление (direction) - здесь указывается направление распространения
излучения: вперед (forward) соответствует распространению в положительном
направлении, а назад (backward) соответствует распространению в отрицательном
направлении.
Угол theta: в 3D-моделировании - это угол распространения в градусах
относительно оси инжекции источника, а в 2D-моделировании это угол
распространения в градусах, повернутый вокруг глобальной оси z, то есть угол
распространения в плоскости xy. Угол phi: в 3D-моделировании это угол
распространения в градусах, повернутый вокруг оси инжекции источника. Угол
поляризации определяет ориентацию инжектируемого электрического поля и
измеряется относительно плоскости, образованной направлением распространения и
нормалью к плоскости инжекции. Угол поляризации в ноль градусов определяет p-
63
поляризованное излучение независимо от направления распространения, а угол
поляризации в 90 градусов определяет s-поляризованное излучение.
Вкладки описания расположения источника, а также длины волны и частоты
источника аналогичны рассмотренным при описании дипольного источника.
Рисунок 2.17 – Вкладка настроек луча источник излучения плоских волн
Опция «расчет многочастотного луча» (multifrequency beam calculation)
включает расчет профиля источника в нескольких частотных точках (рис. 2.17). Эта
функция рекомендуется для широкополосного моделирования и инжекции в
дисперсионный материал, особенно, если используется инжекция под углом. Если
эта опция не отмечена, вводится один и тот же профиль пространственного поля на
всех частотах.
Доступны два варианты луча для источников Гаусса и Коши/Лоренца:
«использовать скалярное приближение» (use scalar approximation) и «использовать
тонкую линзу» (use thin lens). Эти флажки позволяют выбрать, использовать ли
скалярную аппроксимацию для расчета электрического поля или расчет тонкой
линзы.
64
Гауссовы источники могут быть определены с использованием скалярного
приближения или расчета тонкой линзы, тогда как источники Коши/Лоренца могут
быть определены только с использованием скалярного приближения. Визуализация
данных пучка (visualize beam data): эта кнопка открывает окно, в котором можно
построить график текущего рассчитанного профиля электрического и магнитного
поля луча по плоскости инжекции.
Рисунок 2.18 – Скалярное приближение
Скалярное приближение (рис. 2.18) описывается параметрами скалярного луча
(beam parameters) по размеру и положению талии (waist size and position) или
размеру луча и углу расхождения (beam size and divergence angle).
Если выбран waist size and position, то доступны следующие варианты. Радиус
талии (waist radius), расстояние от талии (distance from waist): расстояние d (рис.
2.18). Положительное расстояние соответствует расходящемуся лучу, а
отрицательный знак соответствует сходящемуся лучу.
Если выбран beam size and divergence angle, то доступны следующие варианты
радиус луча (beam radius), угол расхождения (divergence angle), то есть угол
распространения излучения, измеренный в дальней зоне (рис. 2.18). Положительный
65
угол соответствует расходящемуся лучу, а отрицательный угол соответствует
сходящемуся лучу.
Рисунок 2.19 – Тонкая линза
Тонкая линза (только по Гауссу) описывается параметрами (рис. 2.19). NA: это
n*sin(α), где n - показатель преломления среды, в которой находится источник, а α -
угол на рисунке 2.19. Линзы следует использовать только в недисперсионных
средах. Расстояние d от фокуса (distance from focus): отрицательное расстояние
указывает на сходящийся луч, а положительное расстояние указывает на
расходящийся луч.
66
Заполнение линзы (fill lens): установка этого флажка означает, что линза
освещается плоской волной, ограниченной по краю линзы. Если флажок заполнить
линзу снят, то можно установить диаметр тонкой линзы (lens diameter) и диаметр
луча до попадания в линзу (beam diameter) (рис. 2.19). Диаметр луча, намного
превышающий диаметр линзы, эквивалентен заполненной линзе. Использовать
функцию пользовательского зрачка (use custom pupil function): установка флажка в
этом поле применяет к лучу функцию зрачка (апертуры). Эта опция отключает
функцию fill lens. Количество плоских волн (number of plane waves), использованных
для построения луча. Профиль пучка становится более точным по мере увеличения
этого числа, но расчет занимает больше времени.
Рекомендуется, когда радиус перетяжки луча в несколько раз превышает
используемую длину волны, то следует выбрать вариант скалярной аппроксимации.
А когда радиус перетяжки луча примерно того же порядка, что и длина волны,
следует использовать вариант тонкой линзы.
В идеале источник плоских волн следует использовать следующим образом:
источник должен охватывать всю область моделирования. В направлениях,
нормальных к распространению, следует использовать периодические граничные
условия или условия Блоха. Граничные условия идеально согласованных слоев
(PML) следует использовать для поглощения проходящего и отраженного света.
Если источник плоских волн не охватывает всю ширину области моделирования, то
на границах источника произойдет дифракция.
2.2.3 Источник полного-рассеянного поля
Источник полного-рассеянного поля (Total-Field Scattered-Field - TFSF) часто
используется для изучения рассеяния на мелких частицах, освещенных плоской
волной. Типичные варианты использования:
1) частицы в однородной среде, которая может быть с потерями или
анизотропной;
2) непериодические структуры в многослойной подложке, которые могут быть
с потерями или анизотропными;
67
3) периодические структуры в многослойной подложке при использовании в
сочетании с периодическими граничными условиями или граничными условиями
Блоха.
Источник полного-рассеянного поля разделяет область вычислений на две
отдельные области:
1) Область общего поля (Total Field), которая включает сумму падающей
волны поля плюс рассеянное поле;
2) Область рассеянного поля (Scattered Field), которая включает только
рассеянное поле.
Источник полного-рассеянного поля является усовершенствованным
источником. Важно отметить, что физическое поле представляет собой полное поле
и разделение на падающее и рассеянное поле интерпретируется следующим
образом. Для частиц в однородной среде падающее поле представляет собой
плоскую волну. Для частиц на подложке или многослойной стопке падающее поле это поле, которое существовало бы в многослойном слое в отсутствие частицы (или
дефекта).
Рисунок 2.20 – Источник полного-рассеянного поля
68
Доступны следующие настройки источника полного-рассеянного поля (рис.
2.20). Ось инжекции (injection axis) устанавливает ось, вдоль которой
распространяется излучение. Также указываются направление, амплитуда, фаза,
углы, как и в ранее рассмотренных источниках излучения. Вкладки описания
расположения источника, а также длины волны и частоты источника аналогичны
рассмотренным при описании дипольного источника
2.2.4 Источник излучения «мода»
Рисунок 2.21 – Источник излучения «мода»
Источник «мода» (mode) используется для введения управляемой моды в
область моделирования (рис. 2.21). Геометрия источника мод (расположение центра
и диапазон) используется для расчета управляемых мод конструкции. В трехмерном
моделировании моды рассчитываются поперек плоскости, а в двумерном
моделировании поперек линии. Из списка возможных мод для внедрения в область
моделирования выбирается одна мода.
69
Рисунок 2.22 – Параметры источника излучения «мода»
По умолчанию этот источник вводит основную моду. Можно управлять
поляризацией автоматически выбранной моды, установив в поле «выбор моды»
(mode selection) значение основной поперечной электрической TE или поперечной
магнитной TM моды. Также можно выбрать произвольный режим, установив для
параметра mode selection значение «выбор пользователя» (user select).
Граничные условия по умолчанию для источника режима - «металл». Их
можно переопределить, только в режиме user select.
2.2.5 Источник излучения «импорт»
Источник излучения «импорта» (import) позволяет пользователю указать
собственный профиль пространственного поля для плоскости инжекции источника.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]