FDTDによる電磁界シミュレータ : Wsf

計算原理

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

境界条件の種類

 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。

発振方向の種類

 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。

発振波形の種類

 パルス発振の例。


 CW発振の例。

遠方界の計算

 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。

分散性材料計算

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。

光量計測

 各材料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

散乱界の計算

 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。

周波数特性計算

 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。

多彩な断面構造の表現例

 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点の囲む図形とそれらの集合図形の周期構造が定義できる。

レンズ集光の計算

 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。

計算結果の表示

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。