FDTD设置涡旋光束入射

Question

如何在FDTD中设置涡旋光束入射到超表面中，有了入射电场的公式如何在FDTD的自定义光源中设置出来

Answer 1

引自强大而免费的微信小程序：皆我百晓生。

要在FDTD中设置涡旋光束入射到超表面中，您可以按照以下步骤进行操作：

1. 使用公式定义涡旋光束的入射电场（例如，使用时间和空间的sin和cos函数来定义）。
2. 创建一个自定义的光源，将定义的涡旋光束电场作为光源电场输入。

下面是一个Python伪代码示例，演示了如何在FDTD中设置涡旋光束入射：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 定义入射电场公式（例如，涡旋光束）
def vortex_beam(E0, w0, k, theta):
    x = np.linspace(-10, 10, 100)
    y = np.linspace(-10, 10, 100)
    X, Y = np.meshgrid(x, y)
    R = np.sqrt(X**2 + Y**2)
    phi = np.arctan2(Y, X)
    E = E0 * w0 / R * np.exp(-R**2 / w0**2) * np.exp(1j * (k * R + theta * np.sign(phi)))
    return E

# 设置模拟参数
lambda0 = 1e-6   # 波长
k0 = 2 * np.pi / lambda0   # 波矢
nx, ny = 100, 100   # 模拟区域的网格数

# 创建光源
src = np.zeros((nx, ny), dtype=complex)

# 设置入射电场（涡旋光束）
E0 = 1   # 幅度
w0 = 5   # 光束半径
theta = np.pi/4   # 涡旋角度
E = vortex_beam(E0, w0, k0, theta)

# 在光源中设置入射电场
src[nx//2, ny//2] = E

# 可视化入射电场
plt.imshow(np.abs(src), cmap='hot', origin='lower')
plt.colorbar()
plt.title('Incident Field Magnitude')
plt.show()

这个示例中，定义了一个名为vortex_beam的函数来计算涡旋光束的入射电场，并创建了一个名为src的数组来存储光源。然后，将涡旋光束的电场设置为光源的中心元素。最后，通过matplotlib库可视化了入射电场的振幅。

请注意，上述代码仅展示了如何设置涡旋光束的入射电场，并不包括完整的FDTD模拟环境。要进行FDTD模拟，您需要根据具体情况设置介质属性、边界条件、时间步长等参数，并将光源和模拟区域与FDTD电磁场求解器进行耦合。