Lumerical FDTD
關(guān)注創(chuàng)建者：320科技工作室 創(chuàng)建時間：2020-10-09
Lumerical FDTD的視頻教程
FDTD超材料專題教程
Lumerical FDTD Solutions 超 材 料 專 題 教 程 課程中使用的軟件版本為：Ansys Lumerical 2020 R2 定位科研前沿 · 實(shí)操內(nèi)容挑選SCI期刊上已發(fā)表的研究工作 · 根據(jù)實(shí)際科研工作學(xué)習(xí)FDTD · 確保授課內(nèi)容絕對正確，經(jīng)得起實(shí)踐檢驗(yàn)！
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022 - FDTD薄膜的透反射率（零基礎(chǔ)教學(xué)型案例，含演示，46元）
022 - FDTD薄膜的透反射率（零基礎(chǔ)教學(xué)型案例，含演示，46元） 基本介紹： ·??主要內(nèi)容：用Lumerical做了光正入射到薄膜時的透反射率； ·??基于Lumerical FDTD Solution求解，使用的軟件版本為Lumerical 2018a； ·??計算所需的內(nèi)存：4 GB； ·??涉及的內(nèi)容：自定義材料、平面光源、功率監(jiān)視器、周期性邊界 等； ·??繪制了
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006 - FDTD腳本構(gòu)建陣列結(jié)構(gòu)（含講解視頻）
006 - FDTD腳本構(gòu)建陣列結(jié)構(gòu)（含講解，53元） ? 基本介紹： ·? 主要內(nèi)容：繪制論文《Reflective metalens with sub-diffraction-limited and multifunctional focusing（作者：Hui Yang）》中的圖3b； ·??基于Lumerical FDTD Solution，使用的軟件版本為Lumerical 2016a
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Lumerical FDTD的實(shí)例教程
這種靈活性對Lumotive很有吸引力，因?yàn)樗麄冎挥性谘邪l(fā)周期的特定時間段內(nèi)需要使用大量計算資源，再加上Lumerical FDTD本身具有較高的靈活性，通過設(shè)置，允許用戶同時調(diào)用多臺服務(wù)器運(yùn)行大規(guī)模的并行仿真，可極大加快仿真速度，同樣的成本也允許用戶在一臺服務(wù)器上通過運(yùn)行更長時間來實(shí)現(xiàn)。
高性能Ansys Lumerical FDTD可與EC2實(shí)現(xiàn)無縫協(xié)作，幾分鐘即可啟動運(yùn)算。啟動一個典型的FDTD仿真例子僅需簡單的幾個步驟，比如先創(chuàng)建虛擬私有云，再完成安全設(shè)置與許可證授權(quán)，最后定義一個啟動模板；另一個性價比高的解決方案是可以在沒有圖形界面的Amazon Linux上運(yùn)行Ansys Lumerical FDTD engine，只需要把預(yù)備仿真文件存儲在S3中，可省去在云端來回的傳輸成本。因此，除了完整的Lumerical FDTD外，Lumerical提供的一種更靈活的“云計算授權(quán)包”（Cloud pack licenses）選項以方便云計算用戶，幫助用戶實(shí)現(xiàn)在關(guān)鍵設(shè)計周期降低成本且實(shí)現(xiàn)大規(guī)模計算的目標(biāo)。
通過借助Lumerical HPC解決方案，Lumotive快速通過AWS平臺實(shí)現(xiàn)了仿真設(shè)計目標(biāo)。Lumerical FDTD允許用戶將一項大型仿真任務(wù)采用分布式的方式，同時調(diào)用多個計算機(jī)核進(jìn)行仿真，可達(dá)到極高的并行運(yùn)算水平。這種快速擴(kuò)展使Lumotive能夠?qū)⑵湓O(shè)計時間縮短2-3個數(shù)量級，又完全不會降低其準(zhǔn)確性，經(jīng)過對比，此前在其工作站上運(yùn)行仿真要耗費(fèi)數(shù)小時，后來僅需幾分鐘就能完成。
此外，除了工作流程的改進(jìn)和仿真性能的優(yōu)化外，Lumerical Python API對于Lumotive后續(xù)多項獨(dú)立工藝參數(shù)及約束的設(shè)計優(yōu)化目標(biāo)也起到關(guān)鍵作用。
展開 本課程是為光學(xué)工程師與光學(xué)科研人員所設(shè)計，涵蓋以下內(nèi)容：
· 核心光學(xué)原理介紹
· 熟悉 Lumerical FDTD 用戶界面
· 學(xué)會 FDTD 仿真流程
· 了解掃描、優(yōu)化等 Lumerical 特色功能
· 學(xué)會基礎(chǔ)的腳本編寫與使用
· 了解 Lumerical FDTD 各種細(xì)節(jié)設(shè)置與相應(yīng)的物理含義
課前須知
a.需提前安裝好 Lumerical軟件;
b.提前了解一些基礎(chǔ)的波動光學(xué)和物理光學(xué)知識(光的偏振、衍射、麥克斯韋方程組等);
c.需要有一定的代碼基礎(chǔ)(最好是matlab)。
培訓(xùn)大綱
培訓(xùn)信息
主辦單位：武漢宇熠科技有限公司
主題：Ansys Lumerical FDTD 仿真入門
形式：線上培訓(xùn)
時間：2023年8月23日-24日(9:00-17:00)
費(fèi)用：1980元/人
· 三人及以上組團(tuán)報名可享受八折優(yōu)惠；
· 費(fèi)用含培訓(xùn)、教材、發(fā)票和證書，其他費(fèi)用自理；
· 發(fā)票統(tǒng)一開“培訓(xùn)服務(wù)費(fèi)”。
報名方式：掃碼報名
展開 通過Lumerical FDTD軟件可以實(shí)現(xiàn)分析等立體光子晶體的各項參數(shù)對帶隙的影響。
目標(biāo)結(jié)構(gòu)：PPC方形柱體結(jié)構(gòu)
建模步驟：
1. 點(diǎn)擊Material控件，導(dǎo)入等離子體材料
2. 設(shè)置Plasma材料屬性；
3. 點(diǎn)擊Structure控件，創(chuàng)建結(jié)構(gòu)散射體；
4. 設(shè)置光源，點(diǎn)擊Source控件選擇Plane wave光源。
5. 注意TM波和TE區(qū)別在于polarization angle一個為90，另一個為0；
6. 創(chuàng)建FDTD計算區(qū)域；
7. 對于二維光子晶體，在建模時散射體可以為三維，而計算區(qū)域設(shè)定為二維，三維或二維的設(shè)定取決于FDTD的維度屬性設(shè)置。
8. 插入監(jiān)控板，點(diǎn)擊Monitor下拉選擇下圖所示監(jiān)控板類型，設(shè)置監(jiān)控板屬性；
9. 創(chuàng)建剖分網(wǎng)格；
10. 點(diǎn)擊Check控件下拉選擇材料擬合；
11. 針對Plasma材料進(jìn)行對應(yīng)頻域的折射率實(shí)部和虛部的擬合；
后處理：
12. 最終透射率結(jié)果展現(xiàn)在監(jiān)控板中，點(diǎn)擊查看T結(jié)果，可以在對話框中導(dǎo)出相應(yīng)數(shù)據(jù)；
13. 選擇Expert to…輸出透射譜線，建議txt文件格式輸出數(shù)據(jù)。
最后，如果有FDTD仿真相關(guān)需求，歡迎通過微信公眾號聯(lián)系我們。
微信公眾號：320科技工作室。
展開 Lumerical在AWS EC2上的HPC解決方案
Lumotive考慮過多種HPC解決方案來加速大規(guī)模仿真，但最終他們決定采用由Ansys Lumerical FDTD提供支持的亞馬遜云科技（AWS）上的云解決方案。推動其做出該決定的因素包括：Lumerical FDTD的準(zhǔn)確性和運(yùn)行時性能，以及其對HPC的適應(yīng)性和亞馬遜云解決方案的成本效益靈活性。
在Lumerical的支持下，Lumotive開發(fā)了一套定制工作流程，從而實(shí)現(xiàn)了其極具挑戰(zhàn)性的設(shè)計目標(biāo)。Lumotive的Python API是該定制流程的重要組成部分，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時可擴(kuò)展性和互操作性，從而使Lumotive能夠利用優(yōu)化和后處理所需的開源工具。Lumotive的Prasad Iyer表示：“我們使用Ansys Lumerical FDTD、AWS和Python API設(shè)計了這種超表面，同時使其與CMOS制造公差兼容。”
AWS通過易于使用的Web界面，提供安全、可調(diào)整大小的計算能力。其提供了一種按需購買計算時間的便捷方式，用戶能夠訪問多個大型服務(wù)器，并且只需按實(shí)際使用的時間付費(fèi)。這種靈活性對Lumotive而言很有吸引力，因?yàn)樗麄冊陂_發(fā)周期的短時間內(nèi)就需要大量計算資源。此外，由于Lumerical FDTD具有較高的靈活性，因此用戶可以同時使用多個服務(wù)器運(yùn)行大型仿真，從而大幅加快工作速度。于是，其成本與在一臺服務(wù)器上運(yùn)行較長時間的成本相當(dāng)。
高性能Ansys Lumerical FDTD可與EC2無縫協(xié)作，并可在幾分鐘內(nèi)啟動。啟動典型的FDTD仿真只需幾個步驟，包括創(chuàng)建虛擬私有云、激活安全性和許可證管理，以及定義啟動模板。
展開 本文基于Lumerical FDTD仿真平臺，設(shè)計了一種高效生成拓?fù)潆姾蓴?shù)可調(diào)的渦旋超透鏡。在設(shè)計原理上，通過幾何相位(PB相位)結(jié)合傳播相位聯(lián)合調(diào)控，利用二氧化鈦(TiO2)納米柱陣列對圓偏振入射光進(jìn)行相位延遲，構(gòu)建滿足螺旋相位因子的梯度相位分布(l為拓?fù)浜蓴?shù)，為方位角)。設(shè)計中采用FDTD全波仿真，優(yōu)化納米柱尺寸，實(shí)現(xiàn)0-2π連續(xù)相位覆蓋及高透射效率(>80%)。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計超透鏡在1um波長下可生成純度高于90% 的渦旋光束，最后分析超透鏡生成的渦旋光束的拓?fù)潆姾蓴?shù)是否符合理論設(shè)計。橫向尺寸僅為20μm×20μm。該文章為片上集成化OAM器件提供了新思路，可推動高容量光通信與緊湊量子系統(tǒng)的發(fā)展
1、渦旋超透鏡結(jié)構(gòu)示意圖
設(shè)計的渦旋超透鏡結(jié)構(gòu)示意圖如下：
超透鏡結(jié)構(gòu)示意圖
該渦旋超透鏡的工作參數(shù)一欄表格：
設(shè)計參數(shù)：
工作波長：1um
拓?fù)浜蓴?shù)：1
透鏡焦距：50um
透鏡半徑：10um
入射光：圓偏振光
2、渦旋超透鏡的工作原理：
渦旋超透鏡相位分布由螺旋相位因子與納米結(jié)構(gòu)局域相位調(diào)控共同決定。
展開 
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Lumerical FDTD的最新內(nèi)容
2.2 Ansys Lumerical FDTD/RCWA：亞波長光柵設(shè)計
聚焦納米級表面浮雕光柵仿真建模，是衍射波導(dǎo)核心器件設(shè)計關(guān)鍵：
采用嚴(yán)格耦合波分析（RCWA）與時域有限差分（FDTD）求解器，建模輸入、輸出耦合光柵衍射特性；
優(yōu)化光柵核心參數(shù)，適配530nm基準(zhǔn)波長、1.52折射率波導(dǎo)材料；
導(dǎo)出JSON光柵數(shù)據(jù)文件與.sop插件文件，以表面屬性形式接入Speos
使用Ansys Lumerical FDTD軟件中的嚴(yán)格耦合波分析（RCWA）求解器，對2D刻劃光柵的透射特性進(jìn)行仿真
體積全息光柵是通過在感光材料中記錄全息圖案制造而成的。首先，感光材料（即聚合物或玻璃）暴露于由兩個相干激光束產(chǎn)生的干涉圖案中，這就形成了基板材料中折射率的三維調(diào)制。
當(dāng)光以原始記錄的入射角之一照射光柵時，它會再現(xiàn)流程中使用的第二個記錄光束。
另外，我們基于Ansys Lumerical FDTD軟件及波導(dǎo)邊界曲線伴隨法逆向設(shè)計，優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了任意角度X型交叉等器件，器件體積極致縮小。
Lumerical 必須具備 FDTD 許可證，且版本必須為 2023 R1.0 或更高版本。
3. Lumerical：準(zhǔn)備光柵文件（.fsp）
附件中提供了 6 個簡單的光柵文件。用戶可以將這些文件保存到 \Zemax\DLL\Diffractive\ 路徑下，以便讀取。下表對各個文件進(jìn)行了說明。
關(guān)鍵詞：斯格明子；SPP波；光學(xué)斯格明子；相位調(diào)控
本工作基于表面等離激元（SPP）場，設(shè)計六邊形金屬狹縫結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光學(xué)斯格明子的動態(tài)調(diào)控，通過時域有限差分法（FDTD）仿真，驗(yàn)證入射光相位調(diào)控可精準(zhǔn)改變光學(xué)斯格明子的形貌與位置，為拓?fù)涔鈱W(xué)結(jié)構(gòu)的可控構(gòu)建提供仿真依據(jù)。
仿真來源
本工作來源于Dynamic tailoring of an optical skyrmion lattice
CML Compiler
目標(biāo)受眾：光電系統(tǒng)設(shè)計師、光子集成電路設(shè)計師、器件設(shè)計師
Sentaurus TCAD-Lumerical FDTD
工作流
功能描述：將TCAD中的精確結(jié)構(gòu)導(dǎo)入Lumerical FDTD，運(yùn)行光學(xué)仿真，隨后將FDTD結(jié)果導(dǎo)出至SDevice，用于CMOS圖像傳感器設(shè)計。
引言
本文將介紹一些可用于提升仿真性能的簡單策略。這些基本策略可能需要一些測試和預(yù)先思考，但它們簡單易行，對于大規(guī)模任務(wù)、多參數(shù)掃描和各種優(yōu)化方案都大有裨益。
注意：本文內(nèi)容僅適用于在CPU上運(yùn)行的FDTD仿真。
更高效的仿真
1.改進(jìn)仿真設(shè)置
這意味著通過調(diào)整網(wǎng)格大小（在確保得到合理結(jié)果的前提下盡可能增大Δx）、利用現(xiàn)有的對稱性或減少監(jiān)視器收集的數(shù)據(jù)量來降低仿真要求。這樣做可以確保消除或至少大限度地減少不必要的操作
5月12日 | Ansys Lumerical FDTD基礎(chǔ)培訓(xùn)
簡介： Ansys Lumerical FDTD是一款業(yè)界公認(rèn)的光子學(xué)仿真軟件，可用于設(shè)計、分析和優(yōu)化微納光子器件。基于高性能求解二維/三維麥克斯韋方程，它能夠精準(zhǔn)地分析微納尺寸器件或亞波長結(jié)構(gòu)與電磁波的互相作用。本次培訓(xùn)將涵蓋軟件的基礎(chǔ)知識，包括軟件界面、建模、仿真流程、結(jié)果處理等核心功能。
FDTD先進(jìn)3D電磁FDTD仿真軟件中，分別對具有（a）大型電接觸和（b）小型電接觸的垂直光電探測器中的2D橫向電場分布進(jìn)行仿真
Ansys提供了以下用于光電器件仿真的工具：
Ansys Lumerical軟件：Lumerical軟件專注于光電器件的微納光子行為仿真。
Ansy Lumerical FDTD求解器：對LED的遠(yuǎn)場發(fā)射方向圖和提取效率進(jìn)行仿真。FDTD求解器還可以與Ansys Speos設(shè)計工具配合使用，計算錐光坐標(biāo)中的光譜強(qiáng)度。
Ansys Lumerical CHARGE和Ansys Lumerical MQW求解器：對LED的電流-電壓（I-V）曲線、自發(fā)發(fā)射功率頻譜和內(nèi)部量子效率進(jìn)行仿真。
