本案例以WO3/W薄膜為例，介紹FDTD中反射率測量的主要過程。軟件版本為Lumerical的FDTD Solutions 2020a。

下面介紹主要步驟：

1. 導入材料

由于WO3材料在FDTD的材料庫中沒有內置，需要自己查找并導入，對于一般材料可以從如下網站中查找相應折射率：

http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/nk/

https://refractiveindex.info/

https://refractiveindex.info/

點擊Materials，

在彈出的窗口中，點擊Add，在彈出的選項框中選擇Sampled 3D data。

點擊Import，在Select File中選擇折射率文件，導入即可。

2. 添加結構

結構添加通過Structures添加，選擇Rectangle，添加WO3薄膜，

設置結構參數，可根據圖中參數進行修改，

材料選擇剛才導入的WO3。

其他兩項設置默認即可，不用修改。

相同的思路，添加W層，WO3是在W上方，因此設置的時候Z方向的數值應契合好。相關設置如下：

3. 設置FDTD Region

點擊Simulation，添加FDTD。由于是薄膜結構，X和Y方向是無限延伸的，因此X，Y方向設置成周期性邊界條件，周期性邊界條件的情況下PML可以設置成steep
angle，以提高計算速度。

結構尺寸上按需求設置，X，Y方向沒有特別要求，Z方向最小值應設置在W層中，最大值在WO3上方，同時遠離結構至少半個波長。其他不需要特別修改，默認即可。

4. 添加Mesh

點擊Simulation右方的下拉菜單，添加Mesh。建模設計過程沒有明顯的先后次序要求，Mesh什么時候設置都可以。網格有兩種添加方案，一是設置Mesh的尺寸，二是基于結構，這里主要考慮WO3/W薄膜反射率，可以把mesh加到WO3上。

5. 光源設置

點擊Sources，加入光源。光源選擇平面波，入射方向設置z負方向。光源尺寸大于FDTD尺寸（如果沒有大于會在仿真時自動拓展），光源放置在結構上方，具體可以對比結構尺寸和光源尺寸查看。

隨后設置入射光波長范圍，這里設置成0.4~0.9。

6. 監視器設置

主要設置反射率監視器。

監視器類型選擇Frequency-domain field and power。

監視器選擇Z-normal，XY平面尺寸大于FDTD尺寸，大了無所謂，超出的部分不會記錄數據，主要是設置Z方向的位置。反射率監視器在光源和FDTD上邊界中間。

在General選項中，點擊Set global monitor settings，

Frequency points數量設置為50，這個數值越大，譜線越光滑。

7. 檢查運行內存

點擊Check，選擇Check simulation and memory requirements，

保證mesh和running
simulation不超過電腦內存大小，否則無法計算，需要降低精度才能計算。

8. 運行

上一步檢查沒有問題的話，點擊Check旁邊的Run，運行即可，等待運行結束。

一般會提前結束，提前結束的條件是Autoshutoff的數值滿足FDTD中設置的停止條件。

9. 結果分析

右鍵點擊R，可以查看該監視器平面的電場磁場等信息，選擇T，查看反射率信息。

反射率曲線如下圖所示

另外，FDTD仿真得到的計算結果，也可以導入Matlab中進行進一步的數據處理。

欲將反射光譜導入Matlab，可以在script prompt處輸入以下語句：

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R0=getresult('R','T');

R=R0.T;

lambda=R0.lambda;

matlabsave('WO3.mat',R,lambda);

最后，有FDTD仿真相關需求，可以通過微信公眾號聯系我們。

微信公眾號：320科技工作室。