在Python-Meep中設置源以進行FDTD仿真

Question

我正在嘗試使用Python-Meep包進行一些FDTD仿真。 首先，我要模擬一個平面波，該平面波在'z'方向通過真空傳播。 我在以三維方式正確設置源時遇到問題。 在2D情況下，我可以將源制作為一條接觸計算矩陣邊界的線。 在3D中，這似乎是不可能的。 以下是簡單的示例。

2D情況：在2D情況下，源是從（x，y）=（0，.1e-6）到（x，y）=（15e-6，.1e-6）的線（從邊界到邊界） 。 因此，平面波不受干擾地傳播到了矩陣的另一端（在那兒被反射）。

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情況：源是從（x，y，z）=（0，0，.1e-6）到（x，y，z）=（15e-6，15e-6，.1e-6）的平面。 這將創建一個從邊界到矩陣邊界的平面。 但是，由於未知原因，源不觸碰邊界（有一個小的空白空間），無論我做什么，我都不能強迫它觸及邊界。 結果，我無法創建沿“ z”方向傳播的平面波。 到目前為止，我嘗試過：（a）明確給出no_pml參數；（b）給出pml(0)參數；（c）更改采樣；（d）更改源的“ z”位置。 沒有運氣。 如有任何建議，我將不勝感激。

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

實際上，您無法發送具有沿X軸極化的電場的均勻平面波，這確實體現在垂直於Y軸的模擬體積邊界處，其中場振幅降至零。 在垂直於X的兩個邊界上不會發生此問題。

但是，這是完全物理的解決方案； 默認情況下，邊界表現為完美的電/磁導體； 與PEC平行的電場分量在其附近必須為零。 （良好的導體會屏蔽外部電場。）

如果需要精確的平面波，則必須在場初始化之后追加另一個命令，以將邊界定義為周期性：

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

注意，第二參數不必為零，從而可以定義任意的傾斜波源。

有關更高級（更方便）的示例，請參見https://github.com/FilipDominec/python-meep-utils/blob/master/scatter.py