ANSYS Lumerical 2020 R2.4(光子系统级仿真软件)

　　ANSYS Lumerical2020提供材料分析功能，可以通过这款软件设计新的材料，可以在软件分析材料特性，可以在软件模拟各种机械材料以及合金材料，结合软件提供的FDTD 3D电磁模拟器、TODE波导模拟器、DGTD 3D电磁模拟器、FEEI波导模拟器、CHARGE 3D电荷传输模拟器、HEAT 3D热传输模拟器等工具就可以设计新的材料，软件功能丰富，可以在软件创建材料模型，可以在软件仿真设计材料，可以在软件设置材料加工方式，支持材料耐热分析，支持材料导电分析，支持弯曲损耗分析、重叠计算/分析、模态面积分析、螺旋形波导等功能，为用户设计新型材料提供建模和分析平台！

软件功能

　　1、波导模拟器

　　FEEM使用基于本征模方法的有限元Maxwell求解器提供了卓越的精度和性能缩放。自适应材料的有限元网格和高阶多项式基函数的使用使FEEM非常适合于复杂几何形状和材料中的波导模式的高精度分析。

　　FEEM是Lumerical的DEVICE多物理场仿真套件中的求解器，该套件是世界上第一个专门为光子学设计人员构建的多物理场套件。借助DEVICE套件，设计人员可以在光学，电子和热现象的复杂相互作用对性能至关重要的情况下，对组件进行准确建模。作为Finite Element IDE的一部分，设计人员可以快速分析复杂的有源设备，同时受益于Lumerical业界领先的可用性，性能和准确性。

　　2、3D电磁模拟器

　　DGTD使用基于不连续Galerkin时域方法的有限元Maxwell求解器，解决了最具挑战性的纳米光子模拟类别。当精度是关键任务时，DGTD在专门为多物理场仿真工作流程设计的设计环境中，可提供出色的性能，而不受几何复杂性的影响。

　　DGTD是Lumerical的DEVICE多物理场仿真套件中的求解器，该套件是世界上第一个专门为光子学设计人员构建的多物理场套件。借助DEVICE套件，设计人员可以在光学，电子和热现象的复杂相互作用对性能至关重要的情况下，对组件进行准确建模。作为Finite Element IDE的一部分，设计人员可以快速分析复杂的有源设备，同时受益于Lumerical业界领先的可用性，性能和准确性。

　　3、全面的光波导设计环境

　　无论您是从事光纤工作还是集成光子学工作，MODE都可以帮助您充分利用波导和耦合器的设计。双向本征模式扩展和varFDTD引擎可轻松处理大型平面结构和较长的传播长度，从而提供准确的空间场，模态频率和重叠分析。

　　MODE是Lumerical的DEVICE多物理场仿真套件中的模拟器，这是世界上第一个专门为光子学设计人员构建的多物理场套件。DEVICE Suite使设计人员能够准确地建模组件，其中光学，电子和热现象的复杂相互作用对性能至关重要。

　　4、用于纳米光子器件的3D / 2D Maxwell求解器

　　FDTD是用于建模纳米光子器件，工艺和材料的金标准。FDTD方法的这种经过微调的实现可在广泛的应用程序中提供可靠，强大且可扩展的求解器性能。集成的设计环境提供脚本功能，高级后处理和优化例程-使您可以专注于设计，其余的交给我们。

　　FDTD是Lumerical的DEVICE多物理场仿真套件中的模拟器，这是世界上第一个专门为光子学设计人员构建的多物理场套件。DEVICE Suite使设计人员能够准确地建模组件，其中光学，电子和热现象的复杂相互作用对性能至关重要。

　　5、量子阱增益模拟器

　　MQW模拟原子薄半导体层中的量子力学行为，使工程师能够准确表征多量子阱结构中的能带结构，增益和自发发射。在设计激光器，SOA，电吸收调制器或其他增益驱动的有源光子设备时，MQW提供了确保成功所需的深刻的物理见解。

　　MQW是Lumerical的DEVICE多物理场仿真套件中的求解器，这是世界上第一个专门为光子学设计人员构建的多物理场套件。借助DEVICE套件，设计人员可以在光学，电子和热现象的复杂相互作用对性能至关重要的情况下，对组件进行准确建模。作为Finite Element IDE的一部分，设计人员可以快速分析复杂的有源设备，同时受益于Lumerical业界领先的可用性，性能和准确性。

　　6、光学多层模拟器

　　STACK是快速分析薄膜多层堆叠（例如抗反射涂层，滤光片，OLED和VCSEL）的理想解决方案。通过使用分析方法，STACK比直接模拟麦克斯韦方程组的速度快得多。可以使用多种功能来精确捕获平面波和偶极子照明下的干扰和微腔效应。

　　STACK是Lumerical的DEVICE多物理场仿真套件中的求解器，该套件是世界上第一个专门为光子学设计人员构建的多物理场套件。借助DEVICE套件，设计人员可以在光学，电子和热现象的复杂相互作用对性能至关重要的情况下，对组件进行准确建模。

　　7、3D电荷传输模拟器

　　CHARGE建立在有限元漂移扩散方法的基础上，为设计人员提供了用于在有源光子和光电半导体器件中进行全面电荷传输模拟的正确工具。CHARGE自洽求解方程组，该方程组描述静电势（泊松方程）和自由载流子密度（漂移扩散方程）。提供了自动和引导的网格细化工具，以在降低计算工作量的同时实现准确性。

　　CHARGE是Lumerical的DEVICE多物理场仿真套件中的求解器，该套件是世界上第一个专门为光子学设计人员构建的多物理场套件。借助DEVICE套件，设计人员可以在光学，电子和热现象的复杂相互作用对性能至关重要的情况下，对组件进行准确建模。作为Finite Element IDE的一部分，设计人员可以快速分析复杂的有源设备，同时受益于Lumerical业界领先的可用性，性能和准确性。

软件特色

　　1、Ansys许可集成

　　Ansys-Lumerical工具已与Ansys许可服务器集成。用户现在可以在使用企业许可证时连接到Ansys许可证管理器，或者继续使用Lumerical许可证服务器上的现有业务许可证。

　　2、新版本控制方案

　　从2020 R2版本开始，Ansys-Lumerical产品已采用所有Ansys工具使用的版本控制方案。由于这是2020日历年的第二个主要版本，因此已被标记为2020 R2。

　　3、脚本中的安全模式

　　新的“安全模式”为用户提供了针对恶意脚本的增强安全性。在所有Ansys-Lumerical产品中，安全模式默认情况下处于打开状态，可防止攻击者访问或修改系统文件。

　　4、MPI和防火墙例外

　　的选项2020 R2版本的Windows安装程序允许用户选择要安装的MPI软件包以及要应用的防火墙例外。默认设置将安装MS-MPI软件包，并且不应用任何防火墙例外。

安装方法

　　1、下载软件以后解压得到Ansys.Lumerical.2020.R2.4.Win64.iso

　　2、打开镜像文件以后运行lumerical_data.msi安装软件

　　3、显示软件的安装引导界面，点击下一步

　　4、提示软件的安装协议内容，点击接受

　　5、软件的安装地址C:\Program Files\Lumerical\v202\

　　6、软件的安装准备界面，点击安装

　　7、提示安装进度条，等待软件安装结束吧

　　8、提示安装结束，不要启动Lumerical

方法

　　1、解压_SolidSQUAD_.7z以后将两个文件夹复制到C:\Program Files

　　2、会提示替换Lumerical，点击替换此目标文件

　　3、设置系统变量，输入下方内容

　　变量名字：ANSYSLIC_DIR

　　变量值C:\Program Files\ANSYS Inc\Shared Files\Licensing

　　4、设置第二个变量内容

　　ANSYSLMD_LICENSE_FILE

　　C:\Program Files\ANSYS Inc\Shared Files\Licensing\license_files\ansyslmd.lic

　　5、在开始菜单打开Configure License

　　6、点击Floating按钮进入配置界面，选择Enterprise (Ansys)，下方的服务地址输入C:\Program Files\ANSYS Inc\Shared Files\Licensing\license_files\ansyslmd.lic

　　7、完毕重启电脑，再次打开软件就可以正常使用，启动软件以后显示很多项目，可以选择你需要的项目，点击new project创建项目

　　8、项目界面如图所示，软件显示英文，如果你会使用软件就开始工作吧

使用说明

　　有限元特征模式（FEEM）求解器介绍

　　有限元本征模（FEEM）求解器可在频域中长均匀结构（如波导或光纤）的横截面上计算麦克斯韦方程的模或特征解。求解器确定给定频率下与每个模式相关的有效折射率，损耗和电磁场。本页概述了求解器功能及其执行的计算。

　　求解物理

　　在诸如波导或光纤之类的长而均匀的结构上，可以利用这样一个事实，即麦克斯韦方程组的所有特征解在结构均匀的方向上都是周期性的。为了显示这如何简化求解麦克斯韦方程组的过程，让我们在笛卡尔坐标中进行这样的简化，假设所考虑的结构沿坐标轴是长且均匀的。žz-轴，仅包含简单的材料。在这种情况下，特征解或模式将具有以下形式的空间依赖性：Ëβžeiβz，在哪里 ββ是要确定的常数。在频域中且没有信号源时，麦克斯韦方程由下式给出：

　　哪里 μμ 和 ε 介电常数和磁导率分别是 ω是角频率。假设结构沿žz轴，电磁场将沿着 žz轴并具有形式的空间依赖性

　　将它们代入麦克斯韦方程，消除了 ž问题的轴依赖关系，并减少形式的2D耦合特征值问题

　　对于给定的值 ω，就会有一组离散的特征值对应于不同的 ββ。对于每个特征值或传播常数ββ，将有一个对应的特征向量定义电磁场分量 ËX，…，HžEx,…,Hz。FEEM求解器将根据指定数量的试验模式找到这些特征值的子集。对于找到的每个特征值，FEEM求解器报告相应的有效索引

　　哪里 C0是真空中的光速。此外，求解器还将提取场分量ËE 和 HH 从与每个特征值关联的对应特征向量中提取。

　　当材料有损失（即 ε 和 μ 有虚部），有效指数将有一个复杂的部分，并且解将包含一个沿着 žz-轴。该衰减因子报告为损耗或

　　有限元法

　　为了解决上述2D特征值问题，FEEM求解器采用了具有可变多项式阶数的三角矢量元素的有限元方法。三角剖分基于根据自由空间波长设置的最大三角形边缘大小生成（λ=2πC0/ω）(λ=2πc0/ω)。根据特定模拟域的材料属性和最大三角形边缘大小，提供了网格细化控件。有限元离散化导致了稀疏特征值问题，该问题使用标准线性代数技术得以解决。

　　与2D模拟区域一起使用

　　由于FEEM求解器通过假设所考虑的结构在指定方向上是均匀的，从而将3D特征值问题简化为2D，因此它只能与放置在结构横截面上的2D模拟区域结合使用。垂直于模拟区域的方向表示假定结构均匀的方向。该方向可以设置为Xx， ÿy 要么 žz如前所述。在每种情况下，都会应用麦克斯韦方程的适当2D约简。

　　精度：网格细化与多项式阶数

　　与大多数有限元求解器一样，使用较小的元素通常会导致较高的精度，但这不是提高FEEM求解器精度的唯一方法。对于没有弯曲材料边界的结构，增加三角形矢量元素的多项式阶数通常是提高求解精度的更有效机制。可以在求解器选项中设置多项式顺序。

　　单位和归一化

　　除非另有说明，否则所有数量均以SI单位提供。请注意，通过归一化为频率或波长，某些量（如有效指数）将变为无单位。每种模式的电场和磁场的振幅均经过归一化，因此该模式所承载的功率为1W。

　　设定合金摩尔分数

　　合金的摩尔分数（x）是几何形状相关的属性，可以通过两种方式设置。一种是通过用户界面，另一种是通过“ set”脚本命令。此页面将介绍这两种方法。

　　通过用户界面设置合金的摩尔分数

　　可以通过任何几何结构对象的属性编辑器窗口中的“材料”选项卡来调整合金的摩尔分数（x），如以下屏幕截图所示。仅当为对象选择合金类型的材料时，此功能才可用。

　　x值有多种功能，包括：

　　修正：这意味着分数x将是介于0和1之间的常数。

　　线性X / Y / Z：这意味着摩尔分数x将作为x或y或z的函数而变化。在这种情况下，用户可以为最小和最大空间点指定最小和最大分数值，分数将在两者之间线性插值。x，y，z这里是未旋转对象的x，y，z。x，y，z是对象的局部对象。

　　公式：用户可以输入随u，v和w变化的分数的公式。u是（x-x0），v是（y-y0），w是（z-z0），全部以微米（um）为单位，其中x0，y0和z0是对象的中心坐标。这意味着u，v和w对于对象而言是局部的。

　　通过脚本命令设置合金的摩尔分数

　　以下命令将在对象树中添加新材料，为其命名，并使用电子/热材料数据库中的材料模型为其分配SiGe合金的属性。然后使用“ setnamed”命令将摩尔分数设置为最小和最大值分别为0.3和0.6的线性x模型。使用“ set”命令可以完成相同的操作，但是需要在调整摩尔分数之前使用“ select”命令来选择矩形对象。

　　注意：摩尔分数属性仅在关联的材料是合金的情况下影响模拟。在未定义关联材料或合金的情况下，在脚本中设置摩尔分数不会影响模拟，并且用户不会收到警告。

　　创建新的半导体材料的技巧

　　本文介绍如何在材料数据库中创建新的半导体材料模型。有关半导体材料输入参数的详细信息，请参见半导体材料模型页面。

　　介绍

　　电气材料数据库包含许多常见半导体的模型，但可能有必要为不同系统添加新的半导体模型。本节将描述如何设置最小半导体模型所需的参数。通过打开材料数据库并从“添加”按钮菜单中选择“半导体”选项，可以将新的半导体添加到材料数据库。可以命名新定义的半导体，并可以选择一种颜色来表示布局中的材料。

　　电子特性

　　当创建新的半导体材料时，材料属性中的第一个选项卡显示半导体的基本电学属性。这些包括定义半导体电子行为的基本特性，包括相对介电常数，有效质量和带隙。有效质量和带隙都可以直接在材料数据库中可视化。

　　最低设定

　　定义半导体所需的最小基本属性集包括

　　相对介电常数

　　内在功函数

　　应启用相关的传导谷。

　　基本的

　　最低设置：

　　电子和空穴的有效质量，以及

　　带隙能量。

　　这些值中的每一个都可以作为常数输入。注意，相对介电常数假定为DC值，并且与材料折射率有关，即εr= n2。通常情况下，有效状态密度是已知的，而有效质量却不是：从状态有效密度转换为有效质量，请参阅有关计算有效状态密度的部分。为了验证有效质量数和带隙值，固有载流子密度ni是在T = 300K时自动计算的，

　　其他设置：

　　除了指定上述属性外，还可以通过单击相邻的按钮“ f（T）”来指定有效质量和带隙的温度依赖性。该操作将打开一个参数编辑器，该编辑器显示关联的公式。也可以通过从选项列表中选择“ Slotboom”模型来指定带隙缩小模型。该模型将针对净掺杂剂浓度校正带隙能量。带隙可以在相邻图中可视化，以验证其行为。

　　流动性

　　必须为电子和空穴都定义迁移率，并且可以包括对温度依赖性，杂质（掺杂剂）和自由载流子散射以及速度饱和度的校正。

　　最低设置：

　　半导体材料的最小定义必须包括对于电子和空穴都恒定的晶格散射迁移率。这些值可以作为常数输入。

　　其他设置：

　　可以通过温度依赖性来修改基本迁移率，可以通过选择相邻的“ f（T）”按钮来访问其模型。此外，可以使用多种模型对杂质和自由载流子散射效应进行迁移率校正。通过单击模型选择旁边的“ ...”按钮，可以访问模型的参数及其公式。

　　注意：要对掺杂引起的迁移率进行基本校正，请选择“ Caughey-Thomas”模型。该模型的参数可用于许多常见的半导体。

　　注意：杂质和自由载流子散射的Klaassen模型仅针对硅参数设置良好，不建议用于其他材料。

　　除了基于掺杂密度的迁移率校正之外，还可以通过指定电子和空穴的饱和速度来实现速度饱和。

　　重组与产生

　　载具寿命信息

　　基本的半导体模型不需要重新组合和生成过程。但是，实际的半导体模型将包含有关载流子寿命的一些信息。要将载流子寿命行为包括在模型中，请在“重组”选项卡下启用“陷阱辅助（Shockley-Read-Hall）复合”模型，并输入电子和空穴的载流子寿命值。如果已知杂质的属性，则可以在“陷阱属性”（Trap Properties）组中输入与中间能隙水平的偏差。有关如何根据阱性质确定载流子寿命的详细信息，请参阅半导体模型参考的本体重组和生成部分中对Shockley-Read-Hall模型的描述。

　　注意：基本的半导体模型不需要用于体或表面的重组和生成模型。将定义没有任何定义的表面界面的新半导体材料，在这种情况下，将使用默认行为（理想表面）。有关定义表面界面属性的更多信息，请参见“边界条件”部分

　　FDTD和MODE中的高级和自定义光学材料模型

　　以下材料模型可用于各种高级应用程序，例如非线性设备仿真。以下许多模型已通过Flexible material插件框架实现，并随标准FDTD和MODE安装包一起分发。页面底部提供了一些使用“柔性材料插件”框架实现的模型的源代码。

　　注意：特别是，用户应注意以下几点。

　　材质浏览器通常无法显示这些材质的属性。要了解这些材料的特性，有必要了解基础材料模型。

　　网格算法不知道这些材料应使用哪个目标网格大小。目标网格尺寸仅基于“基础材料”。如果需要更细的网格，用户应在材料上使用网格覆盖区域明确地强制使用该网格。

　　对于某些简化的材料模型，如果非线性扰动太大，则系统在数值上可能不稳定。有关更多信息，请参见非线性方法-源幅度部分。

　　有关更多信息和技巧，请参见“非线性应用示例”部分。

　　可用的材料模型（通过Lumerical软件分发）

　　22

　　该非线性模型允许用户直接定义χ（2）项的值。还可以指定任意的分散基材，在这种情况下，除了选择的任何基材的极化外，还将添加极化。如果χ（1）项为0（默认），则极化将添加到真空中。

　　鼓励仅要求χ（2）项的用户使用此模型，而不要使用Chi3 / Chi2模型，因为它使用了更精确的数字实现。

　　注意：该算法可以引入一些人为的不对称性。

　　参数和单位

　　χ（1）：Chi1 [无单位]

　　χ（2）：Chi2 [m / V]

　　材质浏览器的行为和网格划分算法

　　如果选择了材质浏览器，它将显示基础材料的折射率。如果未选择任何基材，则显示的折射率为1。

　　网格划分算法将在确定模拟网格大小时使用基础材料的折射率。如果未选择任何基材，则假定折射率为1。

　　示例和更多信息

　　谐波产生

　　源代码： chi2.h， chi2.cpp

　　存储字段默认情况下未指定存储字段

　　Chi3 / Chi2

　　Chi3 / Chi2材料的用法与Chi2材料相同，但增加了Chi3术语。可以通过对该模型的源代码进行一些简单的修改来添加对高阶术语的支持（下面提供）。

　　注意：该算法可以引入一些人为的不对称性。

　　参数和单位

　　χ（1）：Chi1 [无单位]

　　χ（2）：Chi2 [m / V]

　　χ（3）：Chi3 [m ^ 2 / V ^ 2]

　　材质浏览器的行为和网格划分算法

　　如果选择了材质浏览器，它将显示基础材料的折射率。如果未选择任何基材，则显示的折射率为1。

　　网格划分算法将在确定模拟网格大小时使用基础材料的折射率。如果未选择任何基材，则假定折射率为1。

　　示例和更多信息

　　光学双稳性

　　源代码： chi3.h， chi3.cpp

　　存储字段默认情况下未指定存储字段

　　Chi3拉曼·可儿

　　这种材料可以模拟Kerr和Raman相互作用。

　　参数和单位

　　χ（1）：Chi1 [无单位]

　　χ（3）：Chi3 [m ^ 2 / V ^ 2]

　　α：此模型中的α项控制Kerr和Raman项之间的相对权重。0≤α≤1。[无单位]

　　ωRaman：非线性拉曼角频率[Hz]

　　δRaman：谐振的线宽[Hz]

　　材质浏览器的行为和网格划分算法

　　如果选择了材质浏览器，它将显示基础材料的折射率。如果未选择任何基材，则显示的折射率为1。

　　网格划分算法将在确定模拟网格大小时使用基础材料的折射率。如果未选择任何基材，则假定折射率为1。

　　示例和更多信息

　　SOI波导中的孤子

　　源代码： chi3ramankerr.h， chi3ramankerr.cpp

　　为模拟对象添加侧壁角度的技巧

　　本节提供了一个脚本文件，可用于挤出具有所需侧壁角度的任何多边形。这里的示例文件是在FDTD中创建的，但是这些结构也可以在其他产品的组件库中找到。

　　挤压具有边角的多边形

　　FDTD支持三维拉伸的多边形，但是侧壁始终是垂直的。通过使用一系列随高度增加或减少的多边形，可以创建非垂直侧壁角度。

　　上图显示了可以通过在仿真文件中插入多边形，选择多边形并运行脚本usr_extrude_poly.lsf来构造的拉伸多边形。

　　该脚本使用一种方法来缩放顶点作为深度的函数，同时在所有深度都保留原始顶点形状。脚本可以由对其他算法感兴趣的用户修改，这些算法可用于确定具有非垂直侧壁的挤压结构的形状。

　　注意：使用大量图元时的仿真时间。

　　仿真时间不受用于创建物理结构的原语数量的影响。

　　网格化时间（在模拟开始之前发生）将随着所使用图元的数量而增加。但是，由于啮合时间通常比模拟时间短得多，因此这不会对总时间产生重大影响。

　　了解有限大小的平面波源的场截断问题

　　FDTD 模式

　　本节介绍由于跨度太小或使用PML边界条件而导致使用平面波源被截断时可能发生的问题。

　　正确用法示例

　　理想情况下，应按以下方式使用平面波源：该源应跨越整个模拟。应在垂直于传播的方向上使用周期性或Bloch边界条件。应该使用PML吸收透射和反射的光。前两个示例说明了这种情况。

　　描述

　　模拟以法向入射传播通过自由空间的平面波。

　　模拟设置

　　Y边界的定期BC。X边界的PML。

　　平面波源延伸穿过模拟边界。

　　没有物理结构

　　结果

　　理想的平面波从源头向前传播，并在模拟的右侧被PML吸收。

　　在源前面，在所有位置均测得1的均匀强度。对于平面波，这是预期的。

　　在源注入平面的后面，由于没有散射场，因此记录了零场。

　　推荐建议

　　这是使用平面波照明和周期性结构进行仿真的合适方法。

　　对于非周期性结构的平面波照明，请考虑使用TFSF源。

　　描述

　　模拟以垂直入射方式入射到圆柱体的周期性阵列上的平面波。

　　模拟设置

　　Y边界的定期BC。X边界的PML。

　　平面波穿过模拟边界

　　索引为1.4的圆柱体会引起一些散射。

　　结果

　　在源的前面，由于来自球体的干扰，形成了复杂的强度图案。

　　在源注入平面的后面，由于球体的反射，存在一些可见的散射场。

　　推荐建议

　　这是使用平面波照明和周期性结构进行仿真的合适方法。

　　对于由均匀材料包围的非周期性结构的平面波照明，请考虑使用TFSF源。

　　通过PML边界截断

　　如果在垂直于波矢的方向上使用PML边界条件，由于PML吸收的能量将发生一些不希望有的衍射。

　　描述

　　模拟在自由空间中传播但在所有边界上均使用PML的平面波。

　　模拟设置

　　PML BC在所有边界上。

　　平面波穿过模拟边界。

　　没有物理结构。

　　结果

　　该模拟不会产生理想的传播平面波，因为PML在模拟边界处吸收能量，从而引起衍射。

　　远离模拟边界，该场仍然近似于平面波。

　　推荐建议

　　这不是建议的配置，因为PML会引起平面波的非物理失真。

　　如果需要有限尺寸的光束，请考虑使用聚焦光束源。

　　如果要在非周期结构上产生平面波，请考虑使用TFSF源。

　　由于源跨度短而导致截断

　　如果源未覆盖整个模拟宽度，则衍射将在源边界处发生。从物理上讲，这种设置可以理解为通过源大小的孔径的无限平面波。当平面波穿过孔径时会发生衍射。

　　描述

　　用平面波源模拟在自由空间中传播的有限大小的平面波。

　　模拟设置

　　PML BC在所有边界上。

　　平面波源不延伸穿过模拟边界。

　　没有物理结构。

　　结果

　　由于源具有有限的宽度，因此该模拟不会产生理想的传播平面波。这在源的边缘引起衍射。

　　远离源边界，该场仍然近似于平面波。

　　由于必须进行任何分析来补偿源边界附近的衍射，因此必须谨慎使用这种类型的模拟。

　　推荐建议

　　这不是推荐的配置。在极少数情况下，实际上需要此模拟设置。

　　如果需要有限尺寸的光束，请考虑使用聚焦光束源。

　　如果要在非周期结构上产生平面波，请考虑使用TFSF源。

　　模式源-绘图和分析选项-模拟对象

　　绘图和分析窗口显示在下面的屏幕快照中。

　　窗口的左侧显示计算参数：

　　频率：求解模式的频率。

　　波长：求解模式的波长。

　　试用模式数：要计算的模式数。

　　搜索：此下拉菜单允许用户指定在哪个选项中搜索模式，可用选项为：

　　NEAR N：允许您寻找所需有效索引附近的模式。

　　-使用最大索引：搜索接近在网格横截面中找到的最大索引的模式。

　　-N：选择要搜索的有效索引。

　　范围内：允许您在所需索引范围内搜索模式。

　　-N1，N2：定义要搜索的索引范围。

　　BENT WAVEGUIDE：允许用户为弯曲波导的模式指定当前的曲率半径，为弯曲波导的模式指定求解器。有关更详细的说明，请参见弯曲波导计算。

　　弯曲半径：从模式求解器区域的中心测得的波导的弯曲半径

　　弯曲方向：曲率半径的方向。

　　计算模式：通过单击此按钮，模式求解器将根据上述条件开始计算波导模式。

　　RESTORE LAST SETTINGS：将计算参数恢复为与已计算模式相对应的当前模拟参数。

　　图窗口

　　数据所在的图本身会自动标记并缩放以适合模拟数据。与布局编辑器一样，可以使用标准鼠标操作来缩放图。但是请注意，在绘制的数据上方时，鼠标会自动处于缩放状态，因此不需要键盘快捷键Z。

　　模式图选项

　　可以在“模式分析”窗口的右下方设置“模式图选项”，这些选项是

　　绘图：此下拉菜单允许用户指定在绘图区域内应绘制哪些模拟数据。

　　方框1指定要绘制的一般数据类别：

　　模态场：允许用户使用COMPONENT下拉菜单选择各种场量，例如电场和磁场振幅和强度以及Poynting矢量

　　材料特性：允许用户使用COMPONENT下拉菜单选择各种物理量，例如折射率，介电常数和电导率

　　方框2指定要绘制的复数值模拟数据的哪一部分：

　　振幅

　　相

　　真实的部分

　　虚构部分

　　组件：此下拉菜单允许用户指定要在绘图区域内绘制哪个特定组件。可用选项取决于PLOT下拉菜单的设置。

　　坐标：目前仅支持笛卡尔坐标系。

　　线性/对数刻度：确定是将模拟数据绘制在线性图还是对数图上

　　SUPERIMPOSE STRUCTURE：切换显示物理结构的黑色轮廓是否叠加在模拟数据上

　　模式源-模式分析-仿真对象

　　FDTD 模式

　　模式分析窗口显示在下面的屏幕截图中。窗口的上部包含“模式列表”，其中显示了模式编号，有效索引，传播损耗和极化。左下角显示计算参数；启动后，窗口的左下部分显示用于模拟结构的默认计算参数。窗口的右侧部分包含用于绘制模拟数据的“绘图区”，并且位于绘图区顶部的两个下拉框用于指定要在绘图窗口中绘图的数据，而区域位于右下方可用于修改当前模式的绘图选项。启动后，绘图区域显示了正在分析的结构的折射率分布。

　　模态分析选项卡

　　窗口的模态分析部分显示与为感兴趣结构计算的不同模式相关的模拟数据。窗口的此部分显示模式，按照最高有效索引从上到下排列，并按顺序编号。对于每种模式，窗口的此部分显示模式的有效索引，计算出的损耗（以传播/毫米为单位测量的dB；仅对有损耗的材料有效）以及极化率（有关完整信息，请参见“模式列表”和“ Deck ”）定义）。

　　边界条件选项卡

　　下面列出了FDTD和MODE支持的边界条件。

　　PML

　　完全匹配层（PML）1的边界吸收入射在其上的电磁波。他们实质上是对开放（或无反射）边界建模。在FDTD和varFDTD模拟区域中，用户可以直接指定控制其吸收特性的所有参数，包括层数。为了便于选择PML参数，边界条件选项卡下提供了许多配置文件（或预定义的参数集）。在大多数模拟方案中，用户只需要选择预定义的配置文件之一并微调层数即可。当周围结构完全延伸通过边界条件区域时，PML边界性能最佳。无论结构是绘制在PML区域内部还是外部，这都是结构的默认行为。

　　1 JP Berenger，用于计算电磁的完美匹配层（PML）。Morgan和Claypool出版社，2007年。

　　金属

　　金属边界条件用于指定充当完美导体（PEC）的边界。平行于金属（PEC）边界的电场分量为零；垂直于金属（PEC）边界的磁场H的分量也为零。金属边界完美地反射，不允许任何能量沿该边界逸出模拟体积。在FDE求解器中，金属BC是默认设置。

　　PMC

　　完美磁导体（PMC）边界条件等于金属（PEC）边界的磁当量。平行于PMC边界的磁场H的分量为零；垂直于PMC边界的电场分量也为零。

　　定期的

　　当结构和EM字段均为周期性时，应使用周期性BC。可以在一个或多个方向（即仅在x方向）上使用周期性边界条件，以模拟在一个方向但不一定是其他方向上周期性的结构。

　　Bloch（FDTD / varFDTD）

　　当结构和EM场是周期性的，但每个周期之间存在相移时，应使用Bloch BC。FDTD和传播器仿真中主要使用Bloch边界条件，主要用于以下两个仿真：

　　发射与周期结构成一定角度的平面波–在这种情况下，对于给定的仿真，可以在单个频率点上测量准确的反射和透射数据。

　　计算周期性物体的能带结构–在这种情况下，宽带脉冲通过偶极子源注入到周期性结构中。

　　注意：如果选择BFAST平面波源，则Bloch BC将被自动覆盖并使用其内置边界条件。

　　对称/反对称

　　当用户对显示一个或多个对称平面的问题感兴趣时，可以使用对称/反对称边界条件。结构和来源必须对称。对称边界是电场的镜像，而磁场的反镜像。另一方面，反对称边界是电场的反镜，是磁场的反镜。给定所需解的矢量对称性，必须仔细考虑是否需要对称或反对称边界条件。为了获得有意义的结果，所使用的源必须与边界条件具有相同的对称性。有关对称和反对称边界条件的更多信息，请参见对称和反对称BC之间的选择。

　　所有边界上均允许对称：允许具有周期性结构的对称边界条件（此选项在模式源和模式扩展监视器的边界条件选项卡中不可用）。

　　选择模式

　　按下此按钮（位于窗口的右下角）将使用在窗口左上角的模式表中选择的当前模式来初始化模式源。

　　高级选项

　　ADVANCED OPTIONS按钮（位于窗口的左下角）将弹出带有以下参数的“模式高级选项”窗口：

　　收敛公差：用于计算的收敛公差。默认值对应于1e-12，但用户可以增加默认值以加快收敛速度，也可以降低默认值以提高准确性。

　　要存储的最大模式数：当搜索有效索引范围为n1到n2的模式时，如果发现太多模式，可能会填满您的可用内存。因此，最大模式数受到限制，超过此模式数将停止计算。

　　使用单精度：这可以在模式计算期间节省一些内存，但结果不太准确。

　　注意：模式求解器中的默认边界条件（BC）

　　默认情况下，除以下情况外，集成模式求解器使用Metal BC。

　　对称-如果求解器使用对称BC，则集成模式求解器将使用相同的对称选项。

　　周期性-如果求解器使用周期性BC，并且模式源跨度足够大以覆盖整个模拟区域跨度，则集成模式求解器将在该轴上使用周期性BC。

　　在边界条件选项卡中，您可以覆盖这些默认设置以选择PML或PMC边界条件。