22、FDFD方法在散射分析中的实现与应用

FDFD方法在散射分析中的实现与应用

1. FDFD散射分析流程概述

在散射分析中使用FDFD（有限差分频域）方法时，主要遵循以下步骤：
1. 计算波矢量的纵向和横向分量。
2. 从SF（散射场）区域内TF/SF（总场/散射场）界面上方的网格中提取器件反射侧的场截面，从底部UPML（单轴完美匹配层）上方的网格中提取器件透射侧的场截面。
3. 根据之前计算得到的所有信息，计算每个衍射级的衍射效率。
4. 通过将所有反射衍射级的衍射效率相加，计算总反射率；通过将所有透射衍射级的衍射效率相加，计算总透射率。

2. 新编写FDFD代码的标准模拟序列

在模拟新器件之前，需要执行一系列标准模拟来识别和解决新编写代码中的问题。推荐的模拟序列如下：
- 真空模拟（垂直正入射） ：
- 将TF/SF界面置于网格中心，垂直正入射发射波。这样做是为了更好地观察是否存在反向波或反射。如果FDFD代码正常工作，模拟应计算出100%的透射率、0%的反射率，并且在TF/SF界面上方的SF区域不应看到波。在NRES = 10时，正常的FDFD模拟可能计算出反射率R = 5.9×10⁻⁵，透射率T = 0.998。
- 引入入射角模拟 ：
- 例如设置入射角θinc = 30°，主要用于测试周期性边界条件（PBCs）是否正常工作。如果一切正常，TF区域中TF/SF界面下方应可见源波，而TF/SF界面上方的SF区域不应看到波，模拟应产生0%的反射率和100%的透射率，数值误差应远低于1%。如果代码存在错误，TF/SF界面下方的场可能不像纯平面波，表明存在至少