无光子晶体结构.DOC

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无光子晶体结构

研究太阳能电池的性质 目录 1. 概述 1 2. 第一部分:无光子晶体结构 1 3. 设置计算模式及参数 2 4. 建模 7 5. 设置激励源和记录器 10 6. 设置网格 12 7. 启动计算 14 8. 查看计算结果及后处理 15 9. 第二部分:有光子晶体结构 17 10. 建模 18 11. 设置网格 19 12. 启动计算 21 13. 查看计算结果及后处理 22 关键字: 选择计算模式 点击“下一步”, 点击“下一步”, 设置单位及计算参数 点击 下一步 备注:本案例平板厚度为20nm,所以长度单位设置为nm更为方便。时间单位设置为自动关联,频率单位设置为Hz。一般情况下,“时间单位”默认和长度单位自动关联,高级用户可自己设置来控制FDTD仿真对应的真实时间尺度。 点击 下一步 备注:本案例中频率范围为:最小频率:0.5e15;频率间隔:0.1e15;最大频率:1.5e15。此频率范围对应的波长尺寸将作为自动划分FDTD网格的参照,本案例中还将定义脉冲激励源(见后),一般要求该激励源频率在此频率范围之内。 点击 下一步 备注:本案例背景材料为空气,使用默认设置即可。 设置边界条件 点击 下一步 备注:本案例将X、Z边界设置为周期边界,将Y方向设置为开放边界。FDTD开放边界基于吸收匹配,通常使用默认的吸收边界设置即可(PML类型说明参见FDTD帮助手册),此处设置为10. 查看向导报告 点击“下一步” 备注:确认参数无误后,点击“完成”即可开始建模。若参数设置错误,可返回修改,也可点击“完成”,然后再“求解器”菜单中修改对应项的参数。 建模 物体建模流程:定义常用变量→设置结构材料(Si、SiO2材料)→建立平板结构(Si层、SiO2层)→建模完成 定义常用变量 为方便参数调节和优化,建议将建模中用到的参量尽量在变量表中定义。本案例没有变量。常规变量表打开可以通过如下方式: “布局”菜单 (“变量窗口”; 在可以输入公式的输入框点击; 新建材料 新建材料可以通过如下方式: 点击工具条“新建材料”图标; “模型”菜单 (“新建材料(“模型”“(“材料“,鼠标右键(“新建材料 备注:其中电介质参数ε=2.25。 新建Si材料,窗口如下: 备注:其中电介质参数ε=12.25。 材料完成后工程管理目录树如下: 新建模型 新建模型可以通过如下方式: 直接点击工具条“立方体”; “模型”菜单(选择(“模型”(“物体”鼠标右键(“新建 备注:中心坐标(0,-50,0);宽度(400,100,2);“材料“下拉菜单中选择前面新建的材料SiO2。 建立Si平板结构: 备注:中心坐标(0,20,0);宽度(400,40,2);“材料”下拉菜单中选择前面新建的Si材料。 物体完成后工程管理目录树如下: 模型完成后界面如下: 设置激励源和记录器 自定义模式中,需要新建激励源和记录器。本案例使用扩展激励源(高斯窗),位置选择在结构的上方,中心坐标(0.0,60,0.0),,出射方向选择Y负方向,幅度设为1。具体设置如下: 添加激励源 新建激励源可以通过如下方式: 菜单栏(求解器(新建入射波(扩展激励源(高斯窗); “工程管理窗口”( “激励源”,鼠标右键( “新建激励源”(时域波形(上升下降沿),空间分布“扩展激励源(高斯窗)”; 激励源设置参数如下所示: 备注:时域波形:频率=3.33e14,初相位=-270,上升沿中心=500,下降沿中心=800;半宽=50。空间分布:中心坐标(0,60,0),极化角度=45,幅度=1.0,阻抗倒数=1.0;θ=0.0,φ=0.0,1/Wa=0.0,1/Wb=0.0。 添加记录器 新建记录器可以通过如下方式: 菜单栏(求解器(新建记录器(时域); “工程管理窗口”(“激励源”,单击鼠标右键(“新建记录器(时域)”; 备注:为了获得Si材料区域储存的光场能量,需要得到该区域中不同时刻下Ex,Ey,Ez三个电场分量的大小,选择“[时域]截面场记录器”,分别记录Ex、Ey和Ez三个分量,参数设置如下图所述: 建立Ex分量的记录器: 建立Ey分量的记录器: 建立Ez分量的记录器: 记录器完成后工程管理目录树如下: 设置网格 使用FDTD方法仿真,一般要求网格精度至少为所关心频率对应波长的1/15以上,同时还要求网格能尽量识别模型的几何细节。一般情况下默认选择“智能网格”,EastWave会根据用户设置的工程频率范围自动划分网格,用户可以简单选择不同的网格精度即可完成划分。用户也可选择自定义网格,即可以控制每个维度的计算范围和网格数,并可以修改仿真时间步长和总时间步数。 对于有特别精细结构(比如1/100波长以下)的模型,网格往往需要特别处理,EastWave提供共形网格、非均匀网格、指定网格面、指定网格区

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