FDTD電磁界解析ソフト : Wsf
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● 1. 計算原理、Yee格子
● 2. 境界条件の種類、PBCとPML
● 3. 発振方向の種類、一方向と双方向
● 4. 発振波形の種類、パルスとCW
● 5. 遠方界の計算
● 6. 分散性材料計算
● 7. 光量計測
● 8. 散乱界の計算、３６０度遠方界
● 9. 周波数特性計算
● 10. 多彩な断面構造の表現
● 11. レンズ集光の計算
● 12. 計算結果の可視化
● 13. 出力ファイル New 2024/11/12
● Maxwell方程式
● Yee格子と電磁界ベクトル
● Yee格子のモデルで差分化された式
● 計算の流れ
● 境界条件が吸収境界条件(PML)の場合。
● 双方向発振の場合。
● 横の一方向発振の場合。
● CW発振の例。
● 下面側の遠方界。
● WsfはPLM領域を含めPLRCの手法を適用し、分散性材料に対しても安定した計算を実現している。
● 各材料領域での計測結果
● 上図のモデルで３６０度遠方界が計算される。
● 周波数スペクトルに反射率、透過率の波長依存性が現れる。
● sub.datを使った外部定義の場合
sub.datで記述された(x1,y1), (x2,y2), (x3,y3), (x4,y4)の４点の囲む図形が定義できる。
４点データを重ねた場合。これらの周期パターンも簡単に定義できる。
● 外部定義による断面構造の集積によりレンズ形状を表現。
● Wsmntによる計算進捗表示。
● Wscntによる強度分布表示。
● wsf.out 計算結果。
● wsf1.out 計算結果の抽出。
● i_xy_t.out 一定時間毎の光強度(Poyntingベクトルの大きさ)のｘｙ断面分布。
描画例
● i_xz_t.out 一定時間毎の光強度のｘｚ断面(y=csy)の分布
描画例
● i_yz_t.out 一定時間毎の光強度のｙｚ断面(x=csx)の分布。
描画例
● i_xy.out 光強度(Poyntingベクトルの大きさの時間平均)のｘｙ断面分布。
描画例
● i_xz.out 光強度(時間平均)のｘｚ断面(y=csy)の分布。
描画例
● i_yz.out 光強度(時間平均)のｙｚ断面(x=csx)の分布。
描画例
● i_z045.out 光強度(時間平均)の軸回りに４５度回転したｚ軸断面分布。
描画例
● i_z135.out 光強度(時間平均)の軸回りに１３５度回転したｚ軸断面分布。
描画例
● a_xy.out 光吸収(時間平均)のｘｙ断面分布。
描画例
● a_xz.out 光吸収(時間平均)のｘｚ断面(y=csy)の分布。
描画例
● a_yz.out 光吸収(時間平均)のｙｚ断面(x=csx)の分布。
描画例
● a_z045.out 光吸収(時間平均)の軸周りに４５度回転したｚ軸断面分布。
描画例
● a_z135.out 光吸収(時間平均)の軸周りに１３５度回転したｚ軸断面分布。
描画例
● i_far.out ファーフィールド強度分布出力。
描画例
● 360far.out 360度遠方界出力。
● mnt.out Wsmnt用データ。
描画例
● flow_t.out 経過時間(伝搬長)に対する光の振幅。
● flow_f.out 光振幅の周波数特性。
● 2. 境界条件の種類、PBCとPML
● 3. 発振方向の種類、一方向と双方向
● 4. 発振波形の種類、パルスとCW
● 5. 遠方界の計算
● 6. 分散性材料計算
● 7. 光量計測
● 8. 散乱界の計算、３６０度遠方界
● 9. 周波数特性計算
● 10. 多彩な断面構造の表現
● 11. レンズ集光の計算
● 12. 計算結果の可視化
● 13. 出力ファイル New 2024/11/12
1. 計算原理、Yee格子 ▲top
Wsfの計算原理はFDTD (Finite Difference Time Domain)であり、Yee格子の配置に基づいて時間領域でMaxwell方程式の差分式を時間順に解いている。● Maxwell方程式
● Yee格子と電磁界ベクトル
● Yee格子のモデルで差分化された式
● 計算の流れ
2. 境界条件の種類、PBCとPML ▲top
● 境界条件が周期境界条件(PBC)の場合。● 境界条件が吸収境界条件(PML)の場合。
3. 発振方向の種類、一方向と双方向 ▲top
● 一方向発振の場合。● 双方向発振の場合。
● 横の一方向発振の場合。
4. 発振波形の種類、パルスとCW ▲top
● パルス発振の例。● CW発振の例。
5. 遠方界の計算 ▲top
● 下図のモデルで上下面方向の遠方界が計算される。● 下面側の遠方界。
6. 分散性材料計算 ▲top
Al等の分散性材料の多くは消衰係数>屈折率となり、FDTDのアルゴリズムでは暴走する。● WsfはPLM領域を含めPLRCの手法を適用し、分散性材料に対しても安定した計算を実現している。
7. 光量計測 ▲top
● 各材料や領域の入出光量や吸収光量が個別に計測できる。● 各材料領域での計測結果
8. 散乱界の計算、３６０度遠方界 ▲top
● 散乱界を全電磁界と分けて計算できる。● 上図のモデルで３６０度遠方界が計算される。
9. 周波数特性計算 ▲top
● パルス発振光をBPFに入射する。● 周波数スペクトルに反射率、透過率の波長依存性が現れる。
10. 多彩な断面構造の表現 ▲top
● 内部定義の場合● sub.datを使った外部定義の場合
sub.datで記述された(x1,y1), (x2,y2), (x3,y3), (x4,y4)の４点の囲む図形が定義できる。
４点データを重ねた場合。これらの周期パターンも簡単に定義できる。
11. レンズ集光の計算 ▲top
● 内部定義による円構造の集積によりレンズ形状を表現。● 外部定義による断面構造の集積によりレンズ形状を表現。
12. 計算結果の可視化 ▲top
実行時にWsmntとWscntが起動し、リアルタイムに計算結果を表示。● Wsmntによる計算進捗表示。
● Wscntによる強度分布表示。
13. 出力ファイル ▲top
Source setting画面の結果ファイルボックス内の項目をダブルクリックすることで表示される内容を基に、各出力ファイルの内容を説明する。● wsf.out 計算結果。
● wsf1.out 計算結果の抽出。
● i_xy_t.out 一定時間毎の光強度(Poyntingベクトルの大きさ)のｘｙ断面分布。
描画例
● i_xz_t.out 一定時間毎の光強度のｘｚ断面(y=csy)の分布
描画例
● i_yz_t.out 一定時間毎の光強度のｙｚ断面(x=csx)の分布。
描画例
● i_xy.out 光強度(Poyntingベクトルの大きさの時間平均)のｘｙ断面分布。
描画例
● i_xz.out 光強度(時間平均)のｘｚ断面(y=csy)の分布。
描画例
● i_yz.out 光強度(時間平均)のｙｚ断面(x=csx)の分布。
描画例
● i_z045.out 光強度(時間平均)の軸回りに４５度回転したｚ軸断面分布。
描画例
● i_z135.out 光強度(時間平均)の軸回りに１３５度回転したｚ軸断面分布。
描画例
● a_xy.out 光吸収(時間平均)のｘｙ断面分布。
描画例
● a_xz.out 光吸収(時間平均)のｘｚ断面(y=csy)の分布。
描画例
● a_yz.out 光吸収(時間平均)のｙｚ断面(x=csx)の分布。
描画例
● a_z045.out 光吸収(時間平均)の軸周りに４５度回転したｚ軸断面分布。
描画例
● a_z135.out 光吸収(時間平均)の軸周りに１３５度回転したｚ軸断面分布。
描画例
● i_far.out ファーフィールド強度分布出力。
描画例
● 360far.out 360度遠方界出力。
● mnt.out Wsmnt用データ。
描画例
● flow_t.out 経過時間(伝搬長)に対する光の振幅。
● flow_f.out 光振幅の周波数特性。