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本在線直播培訓課程將從各個論文中的案例出發，針對FDTD和MODE兩套仿真軟件作深入淺出的介紹，并從腳本和可視化界面對結構進行建模和仿真演示，完成對軟件的操作、分析及設計流程。此次課程主要包括兩大板塊(二選一)：入門+超材料板塊；入門+波導光子器件板塊。

網格色散首先我們需要了解在FDTD網格離散化時所帶來的數值不穩定性。由于空間和時間均由離散化的網格表示，時間空間離散間隔的選取將決定差分方程的解是否是收斂和穩定的。考慮平面波的解，即 ，其二階導進行差分近似可以得到將該離散差分的結果代入波動方程可以得到色散關系式再將時間離散化，得到的不等式如下該式即為Courant穩定性條件。

對球體進行編程建模，形成FDTD的參數列表以及模糊化處理的編碼。編碼的優勢為波長范圍、頻率采樣率、球殼半徑、微球半徑以及材料靈活設置，一鍵式操作。圖2 model參數設置以及編碼形成如下結構樹以及規律排列的球形微球陣列。

對于非磁性材料，FDTD求解的麥克斯韋方程可以化為如下形式： 橫向電波（TE）: 橫向磁波（TM）: FDTD從時域麥克斯韋旋度方程出發，在一定體積內和一段時間上對連續電磁場的數據抽樣，它直觀地再現了在離散數值時空中電磁現象的物理過程。因此，FDTD是對電磁問題的最本質、最完備的數值模擬，具有廣泛的適用性。

在這一過程中，通常需要點監視器、面監視器以及其他監視器的協同，并通過腳本或者FDTD自帶的掃描功能對相位結果進行輸出。

我們為元原子模擬提供了兩個選項——FDTD和RCWA，并比較了它們的精度和計算時間。雖然FDTD以其在材料、幾何形狀和適用波長范圍方面的通用性和多功能性而聞名，但RCWA被認為是模擬周期性結構的非常有效的工具。什么是更好的選擇可能取決于結構的形狀、材料、光源以及所需的頻點數量。請參閱RCWA算法求解說明了解更多信息。

圖3 FDTD腳本建立的3D聚焦超透鏡和渦旋超透鏡模型圖4、結果輸出對于聚焦超透鏡來說，一般有兩個最重要的結果圖需要輸出，其一維電場聚焦圖，如圖4所示，該圖一般從垂直于超透鏡的界面profile監視器（power監視器同樣適用）中讀取；其二為電場聚焦截面圖，顧名思義該結果需要在光束聚焦位置處設立一個平行于超透鏡的監視器進行結果的輸出，如圖4所示。

最好通過達到自動關閉級別來檢查所有掃描是否已結束，這可以通過在掃描結果中包含來自“FDTD”的“狀態”結果來完成。完整鏡頭模擬PEC孔徑為了阻止鏡頭外光場的入射，在超透鏡之前放置了一個由PEC材料制成的孔徑。它的半徑由“模型”中的腳本自動設置。

在時域，數值算法有：時域有限差分法( FDTD - Finite Difference Time Domain )，和有限積分法( FIT - Finite Integration Technology )。這些方法中有解析法、半解析法和數值方法。數值方法中又分零階、一階、二階和高階方法。

然而，硅材料無法集成片上光源，需通過外部光纖與片上波導耦合實現光信號傳輸。目前主流的耦合方式中，光柵耦合存在損耗高、偏振敏感等局限；傳統邊緣耦合雖性能更優，但在適配標準單模光纖（SMF，模場直徑10.4μm）時，常因模場失配導致損耗增加，且復雜結構（如多層、3Dtaper）加劇了制造難度。

二．X射線分析： XRD、XPS，，加急當日可測。顆粒分析，表面元素，內部結果，結晶分析，殘余應力，薄膜成分，物相分析。 三．模擬計算: 1. 力學性質：彈性模數，彈性常數，流體力學計算等 2. 幾何性質：結構參數（鍵長、鍵角、晶格參數、原子位置），穩定構型等 3. 光學性質：介電常數，吸收曲線，折射率，FDTD模擬等 4.

2.2 Ansys Lumerical FDTD/RCWA：亞波長光柵設計聚焦納米級表面浮雕光柵仿真建模，是衍射波導核心器件設計關鍵： 采用嚴格耦合波分析（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； 優化光柵核心參數，適配530nm基準波長、1.52折射率波導材料； 導出JSON光柵數據文件與.sop插件文件，以表面屬性形式接入Speos

當然，成像品質的改善和使用者視力的維護也必然是設計時不容忽視的考量。材料庫我們可以在附件的玻璃庫OPHTALMIC.AGF找到許多常用的眼科鏡片材料。請將該檔案複製到OpticStudio的材料庫資料夾((GLASSCAT)。你可以在Setup Ribbon > Project Preferences > Folders裡面找到玻璃庫(Glass)的資料夾位置。

DGTD--解決最具挑戰性的納米光子模擬· FEEM--對復雜幾何形狀和材料中的波導模式，等效折射率，電場分布等進行高精度分析· MQW--準確模擬帶結構、增益、以及多量子阱結構的自發輻射特性· Interconnect--光子集成電路仿真器，可驗證多模、雙向和多通道PIC· CML Compiler--高效、自動化地創建緊湊模型庫· 拓展應用二、本期資料如何獲取？

細節圖如下所示： 我們在每個波導結構部分可以設置它的幾何位置以及結構寬度、材料參數（本案例中使用的是二氧化硅材質） 第二部分：模擬區域的配置，為了簡化運算在這里我們等價為二維結構（XY面，在Z方向是無限延展的），在這一部分需要配置模擬監視區域的幾何尺寸（模擬幾何區域會用藍色區域框架表示），模擬的環境折射率，模擬環境的溫度，設置網格尺寸（劃分完可以在左側模型樹中用mesh進行生成展示

較寬的帶寬可提供最佳分辨率，而波長選擇可確定樣品材料中的穿透深度。 在此示例中，我們將使用840 nm中心波長，60 nm FWHM光源，該光源透過以下方式在空氣中提供5μm的軸向分辨率：這些光譜特性來自Superlum市售的超發光二極管，它具有生物成像的共同波長和足夠高的分辨率的帶寬。 我們將忽略準直光學，而是從入射光束進入干涉儀開始。

全新的 Ansys Optics Launcher 可讓用戶立即訪問到光學示例和試用產品，FDTD 擁有全新的現代化 CAD，而強大的 RCWA 擁有全新的 GUI，可進一步加速并改善設計體驗。

新模型允許使用第三方材料描述和來自其他Ansys工具（如Lumerical FDTD）的數據 其他效率提高，包括預設管理器、用戶體驗增強，以及加快CATIA項目的導入 2.

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問：GLASS POS U GE這是限制一種正透鏡材料，限制兩種類型材料，應該咋寫呢，語法沒搜到？答：DSEARCH的時候只能指定一種，可以搜出來之后用GSEARCH限制。10. 問：如何指定第一面是凸面，dsearch的時候？