FDTD Solution入门

1、FDTD_getting_started翻译配合FDTD_getting_started看1. 介绍用FDTD Solutions进行模拟是很简单的。首先，创建一个FDTD Simulation Project文件（扩展名为*.fsp）。它包含了关于物理结构，光源，监测器，模拟参数的细节。保存这个工程文件然后运行模拟。运行完后，结果数据会加到fsp文件，用于分析。模拟的通常步骤如下图所示。在接下来的章节中有更详细的描述。1.1 什么是FDTD？时域有限差分方法已经成为目前最新的在复杂几何条件下解决麦克斯韦方程的方法。它是一个完全的矢量方法，既给出时域也给出频域的信息，它给电磁学和光子学的所有类

2、型问题都提供了独特的视角。这个方法在空间和时间上都是离散的。电磁场和目标结构材料都在一种用所谓的Yee元胞组成的独立的网孔中来描述。麦克斯韦方程在离散的时域中解决，所用时间步长和光通过网孔尺寸所用时间有关。当网孔大小趋于零时，这个方法确切的描述了麦克斯韦方程。供模拟的结构可以有各种各样的电磁材料特性。多种源可以加入到模拟中，连续迭代（重复）可以使电磁场随时间传播。一般的，模拟运行后会直到在模拟区域基本上没有电磁场剩下才停止。时域信息可以在任何空间点被记录。这些数据可以在模拟的时候记录下来，也可以作为一系列快照在任何用户定义的时间记录下来。任何空间点的频域信息可能可以通过对该点时域信息的傅里叶变

3、换得到。因而在一个简单的模拟中得到的基于能流和模型文件的频率可能分布在很广的频率范围。另外，FDTD获取的近场结果可能被转成远场的，这对于研究散射是很重要的。1.2 第一步：创建物理结构版图编辑器（图略）用Structures列表创建几何结构。他们的特性用EDIT编辑。工具栏，在左边。用Aligning按钮安排对象的位置。材料特性：可自行定义或从数据库中选择。1.3 第二步：设置模拟区域和时间用ADD SIMULATION REGION设置：模拟区域，其大小和位置，网格精度，合适的边界条件。模拟区域的大小：在包含所需模拟的区域的情况下尽可能小，减少模拟时间。网孔精度：一般开始设为1或2，可以快

4、很多。一般的，网孔间距设为小于最高折射率材料中波长的1/10。对于波长量度的结构，要减小网孔间距。边界条件：通常有吸收边界条件，周期性边界条件，金属边界条件。PML可以用作吸收边界条件。对称和非对称边界条件可能永远某些对称问题中减小模拟区域。布洛赫边界条件可以用于光子能带结构计算。模拟时间模拟时间可以设长点，场衰减到接近0时，软件会自动停止模拟。经验上，模拟时间为光通过模拟区域所需最大时间的两倍。t>2nL/c。n为材料最高的折射率。1.4 第三步：源用SOURCES添加辐射源。源类型：点光源高斯光源和平面波源 可用于变形表面和纳米粒子衍射研究。总场散射场源TFSF 粒子衍射。总场区计算

5、所有场（入射和衍射），TFSF边界外区域只计算衍射场。模式光源 用于波导、集成光路。外来光源 其他光学系统设计工具光源。1.5 第四步：定义监视器监视器用来记录电磁场之后的绘图和数据分析。根据不同的应用和需要可以使用不同类型的监视器。除了基本的监视器，还可以创建复合的监视器（分析组）。监视器种类Index monitors允许用户观看和分析模拟区域内结构的折射率的实部和虚部。时间监视器记录和保存模拟时用户规定的点的间隔一定时间电磁场的值。它可以是一个点，线段，平面或立体。Movie monitor 记录场的变化。频域场描述监视器 记录一定频带宽度的稳定频率响应。频域功率监视器 和频域场描述监视

6、器差不多。测的是能流。1.6 第五步：运行模拟创建完模拟对象后，保存文件，在SIMULATION菜单选择RUN FDTD。内存要求：SIMULATE菜单/CHECK MEMORY REQUIREMENTS. 内存取决于网孔数量和监视器数量，越多需要内存越大。检查材料是否合适：检查材料性质是否正确和适当。在工具栏中或SIMULATION选项。模拟的实际用时：软件在Run Dialogue Box中估计实际用时。要减少用时可以增加所用的计算机核心数目或用网络集群计算。Run Dialogue Box：显示运行任务，剩余时间，进度及每个源的时间包络函数。1.7 第六步：绘制结果和分析数据模拟中由监视器产生的数据在analysis窗口可以看到。它和script file editor共享窗口。左下角可以切换两个窗口。绘制数据图：根据监视器可以画出标准的x-y数据图。输出绘图数据：Export得到监视器数据的文本文件。远场分析：频域模拟器获取的近场结果可以转为远场，并绘制保存。用编程得到更好的分析：编程语言比图像分析窗口可以更好的分析数据。1.8 第七步：回到布局编辑器如果需要对物理结构进行修改，需要回到布局编辑