Skip to article frontmatterSkip to article content
Site not loading correctly?

This may be due to an incorrect BASE_URL configuration. See the MyST Documentation for reference.

دفترچهٔ فصل ۶: اعتماد به محاسبهٔ موج

ابتدا پیش‌بینی کنید: آیا دستگاهی پایسته می‌تواند موج اشتباهی را دقیق حل کند؟ لایهٔ دی‌الکتریک یک‌بعدی در تابش عمودی را با FDFD حل و با لایهٔ فرنل مستقل فصل ۲ مقایسه می‌کنیم. قرارداد e−iωte^{-i\omega t} است؛ میدان فرودی Ey=1E_y=1 در z=0z=0، دامنهٔ بازتاب در z=0z=0 و عبور در z=dz=d تعریف می‌شوند. ضریب‌های بیرونی حقیقی و برابر، ماده همسانگرد و غیرمغناطیسی و واحد طول میکرومتر است. اینجا PML، FDTD، FEM، آرایهٔ تیغهٔ محدود، پاشندگی ماده یا آزمایش تجربی اجرا نمی‌شود.

هسته را دوباره راه‌اندازی و همهٔ سلول‌ها را اجرا کنید. بستهٔ منبع را کامل حفظ کنید. برچسب نمودارها در هر دو ویرایش انگلیسی علمی مشترک‌اند؛ متن فارسی معنای آن‌ها را توضیح می‌دهد.

Physical parameters: {'wavelength_um': 1.55, 'thickness_um': 0.6, 'n_film': 2.4, 'n_exterior': 1.0}
Python / NumPy / SciPy / Matplotlib: 3.12.1 2.4.6 1.18.1 3.11.1
Source SHA256: 24f0cc7c187c6c92ba906aea101024b3249be87a2bae86c9ad148c79e7c0dd51
Exact r, t, R, T: (-0.2195960689010276-0.3261968489579452j) (0.7627137674043337-0.5134597270137267j) 0.15462681774687742 0.8453731822531227

۱. سه شاخص را جدا کنید

خطای عبور مختلط، باقیماندهٔ نرمال‌شدهٔ معادله و نقص شار گسسته را مستقل حساب کنید. جواب دقیق برای سنجش پیش‌بینی عددی است و در مونتاژ معادلات FDFD استفاده نمی‌شود. پیش‌بینی کنید آیا نقص توان با همان نرخ خطای عبور کاهش می‌یابد.

برای نمایش لگاریتمی، شاخص‌های صفر یا کمتر از 1e-17 در کف ترسیم 1e-17 نشان داده می‌شوند؛ این کف مقدار خطای اندازه‌گیری‌شده نیست.

Loading...
First sampled mesh meeting BOTH targets: 128
N 64 -> 128: exact-error observed order 2.00159
N 128 -> 256: exact-error observed order 2.00040
N 256 -> 512: exact-error observed order 2.00010
<Figure size 1430x559 with 2 Axes>

۲. میدان را در مختصات یکسان مقایسه کنید

دو وجه فیزیکی روی گره‌ها می‌مانند. هر وجه فقط برای این میدان اسکالر مماسی از میانگین حسابی گذردهی نیم‌سلول استفاده می‌کند. فاصلهٔ بیرونی هر طرف یک‌چهارم ضخامت لایه است. میدان حقیقی و خطای مختلط نقطه‌ای را رسم کنید؛ شباهت شدت آزمونی ضعیف‌تر از توافق میدان مختلط است.

<Figure size 1430x780 with 6 Axes>

۳. مرز را حرکت دهید؛ شبکهٔ لایه ثابت بماند

سه تغییر جدا را بیازمایید: مرز تطبیق‌یافته با حذف فاز درست؛ ضریب خروجی راست عمداً اشتباه؛ مرز درست همراه حذف فاز پیوسته. توان رفت منهای برگشت، شار عبوری خالص است. مرز نامنطبق نمایش خطای کنترل‌شده است، نه جاذب جایگزین معتبر.

<Figure size 1560x520 with 3 Axes>

۴. مقایسهٔ خانوادهٔ گسسته‌سازی دیگر

نمودارهای بعد مجموعه‌دادهٔ RCWA منتشرشده با هندسهٔ ثابت را بررسی می‌کنند و پارامترهای قابل ویرایش لایهٔ بالا را به ارث نمی‌برند. چپ: پیمایش تازهٔ هارمونیک تیغهٔ تکی از ممیزی فصل ۶ در مقایسه با نیم‌مرتبهٔ M=64. راست: ابرسلول انحراف پرتو توسعه‌یافتهٔ ذخیره‌شدهٔ فصل ۵ در مقایسه با کنترل مرتبه‌بالاتر آن. هیچ مرجع مرتبه‌بالاتری جواب دقیق نیست. هر دو مثال پایستگی پیش از همگرایی دامنه یا توان مرتبه را نشان می‌دهند.

<Figure size 1430x585 with 2 Axes>

۵. تصمیم بازتولیدپذیر را حفظ کنید

سلول زیر آزمایش لایهٔ شما را جدا از ممیزی ثابت منتشرشده ذخیره می‌کند. شبکهٔ درشت مردود، شبکهٔ پذیرفته‌شده، رواداری و کنترل‌های مستقل دامنه و استخراج را گزارش کنید. برای پیکربندی فیزیکی جدید، موفقیت اعتبارسنج مرجع ثابت آزمایش تغییریافته را تأیید نمی‌کند. مدل همچنان جذب، نقش‌داربودن برداری، اثر دهانهٔ محدود و عدم قطعیت دادهٔ ماده را حذف می‌کند.

تمرین تکمیلی: زمان اجرا و جاذب FDTD را مستقل ریزسازی کنید؛ تیغهٔ فصل ۳ را در مدل FEM همگرا بازسازی کنید؛ اختلاف مدل تقریب ورقهٔ نازک را فقط با صفحه‌های فاز یکسان بسنجید. این‌ها طرح تمرین‌اند و شبیه‌سازی انجام‌شده نیستند. منابع روش علمی و منشأ در data/chapter-06/README.md و فصل ثبت شده‌اند.

Saved data\chapter-06\notebook-experiment.json