如何模擬入射到周期性結構中的電磁波

2076062 2020-09-08 | pdf | 0.34 MB | 次下載 | 1積分

資料介紹

　　我們經常想要模擬入射到周期性結構中的電磁波（光、微波），例如衍射光柵、超材料，或頻率選擇表面。這可以使用 COMSOL 產品庫中的RF或波動光學模塊來完成。兩個模塊都提供了Floquet周期性邊界條件和周期性端口，并將反射和透射衍射級作為入射角和波長的函數進行計算。本博客將介紹這類分析背后的概念，并將介紹這類問題的設定方法。

　　場景

　　首先，讓我們來考慮代表周期性重復晶胞的自由空間平行六面體，平面波沿一個角度入射到其上，如下圖所示。

　　入射波矢k在全局坐標系中有三個分量，其大小分別是：kx，ky，和kz。該問題可通過在域側面使用周期性邊界條件，并在頂部和底部使用端口邊界條件來模擬。該問題設定最復雜的地方是定義入射波和出射波的方向和偏振。

　　定義波方向

　　雖然COMSOL軟件非常靈活，支持對基矢坐標系的任意定義，但在本博客中，我們將選定一個坐標系并始終使用它。入射光的方向由兩個角度定義，α1和α2；以及兩個矢量，n為模擬空間中向外指向的法向，a1為入射面的一個矢量。我們這里所選擇的約定將a1與全局x軸對齊，將n與全局z軸對齊。因此，入射波的波矢與全局z軸之間的夾角為α1，即入射仰角，其中π/2，α1，意味著垂直入射。入射波矢和全局x軸之間的夾角為入射方位角α2，位于范圍-π/2之內。由該定義，α1和α2的正值表示波沿著x軸和y軸正向傳播。