什么是BFAST
宽带定角光源技术(BFAST)可用于周期性结构以一定角度被宽带光源照亮。它可以在固定的照明角度下提供宽带模拟结果。
当研究周期系统时,Period边界条件(BC)允许您只模拟一个单元格计算整个系统的响应,如在Period BC文章中提到的。当宽带平面波以一定的角度入射到结构中时,需要进行特殊处理。一种方法是使用Bloch边界条件。然而,宽带照明的实际入射角随频率变化,在平面波-角度入射中讨论。解决这个问题的一种方法是,可以扫描波长或频率,或者模拟一些入射角并需要插值(参见Bloch BCs中的宽带扫描入射角,仅针对高级用户)。BFAST提供了另一种解决方案。
何时使用BFAST
如果您正在模拟周期性结构的宽带平面波源以一个角度照明,它可能值得尝试BFAST。由于其特殊的配方,实际入射角度不随频率变化,与Bloch BC有明显区别。注意,在某些情况下,BFAST技术可能需要特别注意以达到稳定性。参见页面底部的提示。
如何使用BFAST
BFAST只能与单个平面波源一起使用。BFAST可以在编辑平面波源窗口的常规选项卡中选择,如下图左边所示。然后用户可以设置入射角和偏振角。其他源参数可以照常设置。正如预期的那样,所有的波长都有相同的入射角度,如下图右边所示。相反,当使用Bloch BC时,入射角是波长的函数,如图角度宽带入射图所示。
一旦在源中选择了“BFAST”,基于BFAST的公式,横向到波传播的边界条件将自动覆盖。例如,如果用户在横向上选择“Bloch”、“periodic”、“Metal”或“PML”,则会显示警告标志。下图显示了沿z方向入射的平面波源选择BFAST时的情况。在本例中,在x和y方向的BC应该被BFAST技术覆盖,在右侧显示一个警告标志。然而,对称的BC可以保留。因此,在本例中,只有x方向上的BC被BFAST覆盖。PML像往常一样在z方向上使用。
如果用户设置了symmetric 或 anti-symmetric 的BC, BFAST将保留并使用它们来节省内存并加快模拟。例如,如果源在xz面以一个角度注入,但在yz面没有角度,yz面仍然可以使用symmetric BC拟合源极化。通过这种方式,用户获得了2倍的模拟速度。
沿波传播方向,用户需要将纵向bc设置为“PML”。例如,如果平面波入射平面与z轴平行,横向为xz/yz平面,纵向为z。通常zmin和zmax使用PML BCs。通常情况下,源注入平面应该完全延伸到模拟区域之外,如下图所示。幸运的是,GUI可以自动为用户完成这项工作。
在某些情况下,用户需要修改FDTD“高级选项”中的其他BFAST参数。在这个选项卡下,“BFAST”设置有两个参数:
·BFAST ALPHA:它是模拟区域内最小的介电折射率,一般应为1。例如,如果在FDTD“General”选项卡中将背景索引设置为水的1.33,那么这里应该使用1.33而不是默认值1。·DT MULTIPLIER:除“dt因子”外,还用于进一步减少“Mesh settings”中的时间步长“dt”。它的最大值是1,这意味着dt因子没有变化。当它小于1时,实际时间步长dt变小,在某些情况下,它可以克服一些通过修改其他设置不可能实现的发散问题。
总结BFAST的使用方法:
- 在Source General选项卡中设置“平面波类型”为“BFAST”;
- 沿纵向设置边界条件为PML。GUI将在横向方向上自动使用BFAST的内置边界条件。为了一致性,用户可以在入射角平面上设置“Bloch”(尽管它被覆盖),如果适用的话,可以在无角度平面上设置对称BCs;
- 偶尔需要修改一些高级设置。
PS:官网文档关于适用限制与注意事项还有更详细的说明,并有具体案例可供下载。