在 Python-Meep 中设置源以进行 FDTD 模拟

Question

我正在尝试使用 Python-Meep 包进行一些 FDTD 模拟。首先，我想模拟在 'z' 方向穿过真空的平面波。我在三维情况下正确设置源时遇到问题。在 2D 情况下，我可以将源作为接触计算矩阵边界的线。在 3D 中，这看起来是不可能的。下面是简单的例子。

2D 情况：在 2D 情况下，源是从 (x,y)=(0 , .1e-6) 到 (x,y)=(15e-6 , .1e-6) (从边界到边界）。由于这一点，平面波不受干扰地传播到矩阵的另一端（在那里被反射）。

import meep_mpi as meep

x, y, voxelsize = 15e-6, 15e-6, 50e-9
vol = meep.vol2d(x, y, 1/voxelsize)


class Model(meep.Callback):
def __init__(self):
    meep.Callback.__init__(self)

def double_vec(self, r):
    return 1

model = Model()
meep.set_EPS_Callback(model.__disown__())
struct = meep.structure(vol, meep.EPS)

f = meep.fields(struct)
f.add_volume_source(meep.Ex,
                meep.continuous_src_time(473.755e12/3e8),    # 632.8nm
                meep.volume(meep.vec(0e-6, .1e-6), meep.vec(15e-6, .1e-6)))

while f.time()/3e8 < 30e-15:
    f.step()

meep.del_EPS_Callback()

output = meep.prepareHDF5File("Ex1.h5")
f.output_hdf5(meep.Ex, vol.surroundings(), output)
del(output)

3D 情况：源是从 (x,y,z)=(0 , 0 , .1e-6) 到 (x,y,z)=(15e-6 , 15e-6 , .1e-6).这应该创建一个从矩阵边界到边界的平面。但是，由于未知原因，源没有触及边界（有一个小空space），无论我做什么，我都不能强迫它触及它。因此，我无法创建沿 'z' 方向传播的平面波。到目前为止，我尝试过：（a）明确给出 no_pml 参数（b）给出 pml(0) 参数，（c）改变采样，（d）改变源的 'z' 位置。没有运气。如果有任何建议，我将不胜感激。

import meep_mpi as meep

x, y, z, voxelsize = 15e-6, 15e-6, 15e-6, 50e-9
vol = meep.vol3d(x, y, z, 1/voxelsize)


class Model(meep.Callback):
def __init__(self):
    meep.Callback.__init__(self)

def double_vec(self, r):
    return 1

model = Model()
meep.set_EPS_Callback(model.__disown__())
struct = meep.structure(vol, meep.EPS)

f = meep.fields(struct)
f.add_volume_source(meep.Ex,
                meep.continuous_src_time(473.755e12/3e8),    # 632.8nm
                meep.volume(meep.vec(0, 0, .1e-6), meep.vec(15e-6, 15e-6, .1e-6)))

while f.time()/3e8 < 30e-15:
f.step()

meep.del_EPS_Callback()

output = meep.prepareHDF5File("Ex1.h5")
f.output_hdf5(meep.Ex, vol.surroundings(), output)
del(output)

Answer 1

您无法发送电场沿 X 轴极化的均匀平面波，这确实体现在垂直于 Y 轴的模拟体积边界处，场振幅降至零。在垂直于X的两个边界上不会出现这个问题。

然而，这是完全物理的解决方案；默认情况下，边界表现为完美的 electric/magnetic 导体；平行于 PEC 的电场分量在其附近必须为零。（良导体屏蔽外部电场。）

如果你需要一个精确的平面波，你必须在场初始化后附加另一个命令，将边界定义为周期性的：

f.use_bloch(meep.X, 0) f.use_bloch(meep.Y, 0)

请注意，第二个参数不必为零，从而可以定义任意倾斜波源。

有关更高级（也更方便）的示例，请参阅 https://github.com/FilipDominec/python-meep-utils/blob/master/scatter.py

在 Python-Meep 中设置源以进行 FDTD 模拟

Setting source in Python-Meep for FDTD simulation

python

meep