Lumerical学习——材料数据库

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一、材料数据库(Material database )


        材料数据库允许你管理(创建、修改、删除)模仿计算采用的材料。
        在每个模仿计算的文件中有数据库的一个拷贝。一个文件中的数据库发生变革时不会影响另一个文件中的数据库。要修改创建一个新工程时出现的默认材料,编辑安装目次的默认子目次中的模仿文件。
① 输入/输出(Import / Export)
        采用“输入和输出”按钮可以在模仿文件和数据库文件(.mdf))之间传输材料数据。
② 材料列表(Material list)
        材料列表表现材料数据库中的材料。软件安装时已经提供了大量材料。要增加材料,使用“增加(Add)”按钮。你同样可以在列表视图中修改材料的某些性质(名称、颜色、网格次序等)。
        软件安装时提供的默认材料为写保护,你不能直接修改。要修改一个默认材料,使用“拷贝 (Copy)”按钮复制材料。拷贝的复件是解锁的。列表第一列表现材料的写保护。
        当前模仿计算使用的材料不能被删除。列表的第 2 列表现正在使用的材料。要删除这些材料,首先要修改模仿计算设置以取消对应材料的使用。
③ 材料属性(Material Properties)
        在“材料属性”窗口可以欣赏和编辑材料模型参数。
二、介电常数模型(Permittivity models)

        可以在材料数据库窗口的材料属性面板修改模型参数。
1、采样数据模型(Sampled data)
        采样数据模型采样输入的材料实验数据。用输入数据按钮 可以输入文本文件中的实验数据。
        采样数据材料限定采用主动拟合程序 在指定的光源频率范围内创建实验数据的多系数材料模型。 拟合程序可采用下述的一个大概多个模式创建模型。在材料欣赏器可查抄和调整拟合(fits )。
容差法(Tolerance)- 介电常数实验数据和材料拟合之间的均方根(RMS)误差,拟合程序将用最少的系数创建均方根误差小于容差的拟合。
最大系数法(Max coefficients )- 材料拟合看采用最大系数法。系数越多得到的拟合结果越准确,但会使模仿计算变慢。
材料欣赏器可设定下列高级选项:
   Make Fit Passive - 选择后,可避免拟合产生频率增益。默以为选择,如允许以防止出现发散的模仿计算。    Improve Stability - 如果选择,在拟合时拟合程序会限制系数范围有,以便降低会导致模仿发散的数字不稳定性。    Imaginary Weight - 数据拟合时,增大本权重会增加介电常数虚部的权。设定为 1 时,介电常数虚部和实部的权重相等。    Specify Fit Range - 选择后,解耦创建材料拟合的带宽和光源带宽。当光源频率变革后举行参数扫描时,以及在整个参数扫描过程必须包管材料的参数为常数时选择本选项。拟合范围应当覆盖模仿计算的带宽。   Bandwidth range - 当“ Specify Fit Range”选项被选择后,带宽用来举行数据拟合。
2、电介质模型(Dielectric)
        电介质模型用来创建具有常实数反射率的材料。在整个频率范围材料具有指定的反射率(无发散)。Refractive index - 材料的反射率,必须 ≥1。
3、(n,k) 材料模型((n,k) material)
        (n,k)材料模型用来创建在单一频率有特定 n 和 k 值的材料。
   Refractive index - 在模仿中心频率时的反射率的实部。必须 > 0。       Imaginary refractive index - 在模仿中心频率时的反射率的虚部。正值对应于损失增益,负        值对应于产生增益。         4、导电模型(Conductive)                 导电模型按下式创建材料。      

   5、等离子体(德鲁特)模型(Plasma (Drude))
           等离子体模型按下式创建材料。
   

    6、德拜模型(Debye)
        德拜模型按下式创建材料。

7、洛伦兹模型(Lorentz)
        洛伦兹模型按下式创建材料(ε>0)。

8、塞耳迈尔模型(Sellmeier)
        塞耳迈尔模型按下式创建材料。系数 C 的量纲是平方微米。

9、理想导电体(PEC)
        一种理想导电体(PEC)。这种材料将场设定为 0。这种模型无参数。
10、分析材料模型(Analytic material)
        在分析模型下,用户可写入计算介电常数或反射率实部和虚部的计算方程,方程采用下表给出的预界说变量。
11、克尔非线性模型(Kerr nonlinear)
        在克尔非线性模型中,电极化场 P 同电场 E 的关系如下:

        电位移场 D 的计算方程为:

三、材料欣赏器(Material explorer)

        材料欣赏器用来查抄将用在模仿计算的材料拟合结果。当采用采样材料模型时这黑白常重要的, 材料欣赏器可用来检察全部材料模型中的材料属性。 如果采样数据材料的拟合不敷好,可以在材料欣赏器编辑容差和最大系数属性、以及光源的波长范围。
3.1 绘图窗口(Plot windows)


 材料欣赏器窗口顶部的两个图形表现的是材料反射率的实部和虚部
① 材料设定(Material settings)
属性描述
           Material                 选择要查抄的材料。      
           Axis                 如果材料是各向异性的,选择本选项。      
           Fit Tolerance                  材料容差设定,仅用在拟合的材料。      
           Max Coefficients                 材料最大系数设定,仅用在拟合的材料。      
           Show/Hide Advanced                 表现大概隐藏高级选项      
           Imaginary weight                 举行拟合计算时,增大权重会增加介电常数虚部的权。权重设定为 1 时, 介电常数虚部和实部权重相等。      
           Make fit passive                 选择后,可防止材料拟合在任何频率不会出现增益。默认时是选择的,是为了防止出现发散模仿计算。      
           Improve stability                 选择用来限制材料拟合的系数范围,以降低引起模仿发散的数字不稳定性。      
           Specify fit range                 去除创建材料拟合采用的带宽和光源带宽之间的偶合。      
           Bandwidth range of fit                 如果选择了“specify fit range”后,为拟合计算的频率/波长范围。拟合带宽应覆盖模仿计算的带宽。      
           Save fit parameters                 用新容差和最大系数值刷新数据库      
② 模仿带宽设置(Simulation bandwidth settings)
属性描述
           range                 频率/波长范围,默认时,是光源的限定。      
           Save bandwidth and settings                 用这些数据刷新光源的限定。      
③ 视图设置(View settings)
属性描述
           Vertical axis                 绘制介电常数或反射率      
           Show material data                 在绘图窗口表现实验数据      
           Standard view                 在指定带宽范围绘制拟合曲线      
           Extended view range                 在比带宽更大范围绘制拟合结果      
           Specify view range                 指定绘制拟合结果的范围      
④ 拟合和绘图按钮(Fit and plot buttons)
属性描述
           Plot in new window                 在一个新窗口绘制数据      
           Fit and Plot                 计算和绘制材料拟合结果      
⑤ 拟合分析(Fit analysis)
属性描述
           RMS error                 拟合的均方差误差,拟合算法将采用最少的系数来满意 RMS 的误差小于材料容差属性的指定值。      
           Number of coefficients                 拟合计算的系数个数      
四、网格次序(Mesh order)

        网格属性支持模仿计算式如何对重叠的实体对象(物件)举行网格划分。对于没有重叠的物件不起作用。可以在材料级别(在材料数据库)大概实体对象的物件级别(在物件属性)来设定网格次序。
        具有低网格次序的材料的优先级别高于较高网格次序的材料(例如,次序为 1 优先于次序为 2 的材料)。覆盖区域分配给有较高优先权材料的材料属性(看下图)。

        当两个相互重叠的材料有相同的次序时,网格次序将参考实体对象树。处于底部的物件有较大的优先权。为包管能很好的界说模仿计算,发起对有重叠的两个差别物件不要用相同的网格次序。
        默认环境下,在材料数据库中的大部分材料的网格次序为 2。唯一的例外的材料就是 etch,其网格次序为 1。低网格次序就意味着,使用 etch 材料的物件将覆盖其它材料的物件。


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