電場分布
關注創建者：320科技工作室 創建時間：2020-10-09
電場分布的視頻教程
019 - FDTD光子晶體微腔（含演示，66元）
、電場分布的曲線擬合、電場分布的一維/二維傅里葉變換； ·??建模過程錄制了時長為23 min的演示視頻（沒有聲音）。
￥66 24分鐘 12播放
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028 – FDTD超材料Fano共振（含演示，66元）
圖中的紅色箭頭是電場探針。 在波長為 300 ~ 600 nm 的平面光正入射下，不同的 d 對應不同的法諾線形。 計算的內容和結果（手機端可能無法顯示圖片，請在電腦端查看）： 1、Fano共振曲線 左：文獻中的圖，右：本案例的結果? ?? 2、共振峰處的電場分布 左：文獻中的圖，右：本案例的結果? ?? 再次提醒：本課程的視頻沒有聲音。
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027 – COMSOL石墨烯超表面THz吸收器（含演示，80元）
上：文獻中的圖，下：本案例的結果 ?? 2、不同結構不同頻率的電場分布 左側4張圖：文獻中的圖， 右側4張圖：本案例的結果 ?? 再次提醒：本課程的視頻沒有聲音。
￥80 22分鐘 92播放
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電場分布的實例教程
FDTD計算得到的電場分布，但是FDTD通過另存為jpg或者截屏所得到的圖片分辨率很低，得到的圖片往往不能直接使用。因此，可以通過腳本輸入到Maltab，然后再利用Matlab處理圖片并輸出。
??但是將數據從FDTD輸出到Matlab中，并不是想象中那么簡單，經歷了好幾次坑，反復摸索之后，得到了一種比較可行的方案，介紹如下。
1. FDTD原始結果
??這里我們選用三角納米片的電場分布仿真結果進行舉例。圖1是FDTD直接輸出的結果（截圖），可以明顯看出，x方向和y方向的比例并不相同，而且不容易調節成比例尺相同，我目前有兩個可行的方案可以解決這個問題，一種是先建立一個方形的圖片，利用簽字筆在電腦屏幕上畫出方形的邊界，然后再反復調節FDTD的圖片，使其邊界和畫出的邊界重合；第二種方案相對更精準也更方便，借用Snipaste截圖軟件創建一個方形的貼圖，這個好處是這個貼圖可以一直置于頂層，然后再調節FDTD中圖片的邊界即可。這兩種方案都是調節好之后進行截圖，因為直接另存，FDTD輸出的圖片更加模糊，而且也沒有在FDTD Solutions軟件中找到可以設置分辨率的選項（FDTD Solutions版本為2018版），因此可以使用高分辨率截圖軟件或者較高分辨率的軟件，然后將圖片放到PS或者AI中進行分辨率的進一步調節。FDTD中能夠調節的著實比較少，很有必要繼續調整。
2. FDTD結果導出到Matlab
??FDTD數據導入到Matlab主要參考Lumerical官網的介紹文檔matlabsave。
??
展開 查看電壓分布：
seletion mode為objects情況下，ctrl+A選中所有對象；右鍵 -> field -> voltage
2. 查看電場分布
多個plot可以修改可見屬性
文章來源：智善CAE共創未來
3.3 仿真結果
3.3.1 正常工況下的電場計算結果
電流互感器運行在系統最高電壓550 kV下，對氣室、一次載流導體、高壓屏蔽筒加載
的峰值電壓，對二次屏蔽罩、二次引線管加載0 kV電壓，中間分壓屏設置為懸浮電極，選用時諧電場求解器進行求解。
為保證盆式絕緣子及金屬嵌件螺母表面場強分布的準確性，對盆式絕緣子進行細化的網格剖分，最大網格剖分尺寸為2 mm。
正常運行時，盆式絕緣子凸面、凹面的電位和電場分布的仿真結果如下圖所示。
（a）凸面電位分布圖
（b）凸面電場分布圖
（c）凹面電位分布圖
（d）凹面電場分布圖
盆式絕緣子凸、凹面電位、電場分布
盆式絕緣子表面電場分布不均勻，最大場強出現在凸面的頸部，最大值約為2.34 kV/mm；凹面場強較低，最大場強出現在靠近二次屏蔽罩部位，最大值約為1.65 kV/mm；
盆式絕緣子上下安裝面內置了金屬嵌件螺母，用于法蘭面的聯接，電場分布的仿真結果如下圖所示，上部金屬嵌件螺母端部電場強度最大值約為6.64 kV/mm，下部的金屬嵌件螺母端部電場強度最大值約為4.82 kV/mm。
（a）盆式絕緣子
（b）沉頭螺母處
盆式絕緣子上、下部沉頭螺母處的電場分布
按照業內盆式絕緣子的場強設計要求，環氧樹脂內部及嵌件允許的長期工作場強范圍為3.0~5.0 kV/mm[4]，從計算結果看出，下部的金屬嵌件螺母場強在上述場強設計要求范圍內，但上部的金屬嵌件螺母場強高于上述場強設計值要求，由此可見，該電流互感器盆式絕緣子的金屬嵌件設計存在優化空間。
展開 圖1（a）無點缺陷光子晶體結構建模；（b）設置等離子體二維點缺陷結構建模
基于上述模型建立，對于此二維結構仿真，波源采用端口激勵，波沿Y軸傳播TE模式，電場沿著Z軸振動。為了計算結果的準確，對于此模型中的TM波，沿X軸的兩個邊界處設為完美磁導體，可以用來模擬Ｘ軸方向上無限多層。
通過物理場控制網格劃分后，對于原始二維光子晶體結構在6 GHz~16.2 GHz下進行電磁仿真，仿真結果如圖2所示。仿真結果表明該結構在8~10 GHz和15.2~16 GHz下展現出兩個近零透過率的禁帶頻段，實現了較好的電磁調制。并由禁帶頻率9 GHz下電場分布解析可知，禁帶頻段下，特定波長電磁波無法透過該光子晶體結構，進而展現出極低透射率。
圖2 原始狀態下二維光子晶體全頻段透射率仿真及禁帶頻率下電場分布圖
為進一步探究光子晶體禁帶效應產生機制，通過Comsol軟件對特定頻段下電場分布狀態進行分析，分析結果如圖3所示。在高透過率頻率下，電場實現從發射端到吸收端的穿透分布，展現透過率“開”狀態。而在禁帶頻率下，電場僅集中于發射端，無法實現穿透，進而展現透過率“關”狀態。
圖3 原始狀態下二維光子晶體不同頻率下電場分布圖
通過在光子晶體結構中設置等離子體點缺陷，對該結構在6 GHz~16.2 GHz下的響應行為進行仿真分析，結果如圖4所示。仿真結果表明該結構在兩個禁帶頻段中的9 GHz和15.4 GHz附近出現了明顯的特征透過峰，實現了高效的電磁調制性能。
圖4基于等離子體二維點缺陷的光子晶體全頻段透射率仿真
為進一步解析該調制理論，本文對特征頻率下電場分布進行了仿真，仿真結果如圖5所示。
展開 通過排除法，發現去掉攝像頭后，超標點依然存在，而通過屏蔽12MHz晶體，超標點有降低，由此判斷144MHz超標點與晶體有關，PCB布局如下：
圖2：PCB布局圖
2、輻射產生原理
從PCB布局可以看出，12MHz的晶體正好布置在了PCB邊緣，當產品放置于輻射發射的測試環境中時，被測產品的高速器件與實驗室中參考地會形成一定的容性耦合，產生寄生電容，導致出現共模輻射，寄生電容越大，共模輻射越強；而寄生電容實質就是晶體與參考地之間的電場分布，當兩者之間電壓恒定時，兩者之間電場分布越多，兩者之間電場強度就越大，寄生電容也會越大，晶體在PCB邊緣與在PCB中間時電場分布如下：
圖3：PCB邊緣的晶振與參考接地板之間的電場分布示意圖
圖4：PCB中間的晶振與參考接地板之間的電場分布示意圖
從圖中可以看出，當晶振布置在PCB中間，或離PCB邊緣較遠時，由于PCB中工作地（GND）平面的存在，使大部分的電場控制在晶振與工作地之間，即在PCB內部，分布到參考接地板的電場大大減小，導致輻射發射就降低了。
3、處理措施
將晶振內移，使其離PCB邊緣至少1cm以上的距離，并在PCB表層離晶振1cm的范圍內敷銅，同時把表層的銅通過過孔與PCB地平面相連。經過修改后的測試結果頻譜圖如下，從圖可以看出，輻射發射有了明顯改善。
4、思考與啟示
高速的印制線或器件與參考接地板之間的容性耦合，會產生EMI問題，敏感印制線或器件布置在PCB邊緣會產生抗擾度問題。
如果設計中由于其他一些原因一定要布置在PCB邊緣，那么可以在印制線邊上再布一根工作地線，并多增加過孔將此工作地線與工作地平面相連。
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圖2 光學斯格明子的電場和磁場分布
Case2 將光源 1 相位設為 π/2，SPP 駐波偏移使斯格明子由六邊形畸變為三角形。
圖3 光學斯格明子變形后的電場和磁場分布
Case3 把光源 2、3 相位均調為 π/2，斯格明子整體發生定向平移。
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在Ansys Lumerical FDTD先進3D電磁FDTD仿真軟件中，分別對具有（a）大型電接觸和（b）小型電接觸的垂直光電探測器中的2D橫向電場分布進行仿真
第一行展示了Ex、Ey和Ez分量電場分布，第二行展示了Hx、Hy和Hz磁場分布。
圖7. 場追跡結果-electromagnetic field detector
VirtualLab Fusion的優勢在于，它并非只給出單一結果，而是能夠圍繞光場傳播、聚焦和成像過程建立完整分析鏈路。仿真的重點通常放在焦區三維電場分布分析。
、電場、電流密度與電壓向量，適用于反演重建或機器學習研究。
什么是波導？2個月前
優化X和Y波導橫截面（例如，沿Z方向傳播）
計算將在波導中使用哪些模態，是TE模還是TM模，是單模還是多模
計算光沿波導傳播時，波導模態的傳播常數和有效折射率
計算波導的電場分布，包括電場的X、Y和Z分量
確認傳播的光波不會產生干涉
計算潛在損耗，包括波導彎曲可能產生的損耗
矩形波導的仿真
除研究波導屬性之外，還可對波導所在的系統進行仿真
所選擇的解將描述光束的初始電場分布，然后使用物理光學傳播(POP)對光束的后續傳播進行建模。
Hermite-Gaussian模型
對于矩形對稱的激光諧振腔，即矩形增益孔徑的激光諧振器，用Hermite-Gaussian模型給出了傍軸波動方程的合適解。這些模式的電場分布可以用Hermite多項式表示。
運行和結果
可以快速運行仿真，以確認結構繪制正確，并且可以獲得電場分布。下圖顯示了電場強度 ，來自于名為 full_fields的監視器，以及折射率分布，來自于名為index的監視器。請注意， index圖上的 colorbar已重新縮放為介于 1.2 和 2 之間。這樣可以更好地觀察濾色片和微透鏡。
圖4 （a）ML-VGC的電場分布圖；（b）不同結構耦合效率的數值比較；（c）微透鏡位置誤差對耦合效率的影響；（d）微透鏡高度誤差對耦合效率的影響
總結與展望
本文介紹了一種微透鏡輔助光柵耦合器的設計，以提高垂直入射條件下的耦合效率。微透鏡通過熱回流工藝制造，集成到淺蝕刻切趾光柵耦合器上。通過操縱垂直入射光的透射角，微透鏡有效地將入射角與下面的光柵的耦合角對準。
Ansys Lumerical FDTD 中仿真的具有（a）大電接觸和（b）小電接觸的器件中的 2D 橫向電場分布
表 1 總結了仿真器件的基本性能指標，并比較了大電接觸和小電接觸的影響。總之，使用較小電接觸的仿真器件在保持低暗電流和高帶寬操作的同時，響應度提高了 38.3%。
