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fdtd內(nèi)置有平面光，高斯光，模式光，全場(chǎng)散射光，這些足夠滿足大部分情況。但是在一些特殊情況中，需要在fdtd中自定義光源，比如，在fdtd中入射一個(gè)渦旋光，徑向/角向偏振光等等，這個(gè)時(shí)候就需要編寫一些代碼將光源導(dǎo)入到FDTD中。下面是我簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單在FDTD中仿真的一個(gè)渦旋光的傳播。

圖3 結(jié)構(gòu)樹以及建模效果 掃描設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)掃描個(gè)性化編碼，設(shè)置好掃描數(shù)量和范圍，仿真后形成下列仿真好的文件（需要經(jīng)過一些仿真時(shí)間）。圖4 掃描腳本以及生成的仿真結(jié)果 散射光場(chǎng)、效率曲線首先，基于第二節(jié)的仿真結(jié)果，選取特定球殼半徑以及波長(zhǎng)序號(hào)，生成光場(chǎng)圖，見下圖效果。

本課程是為光學(xué)工程師與光學(xué)科研人員所設(shè)計(jì)，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(huì) FDTD 仿真流程· 了解掃描、優(yōu)化等 Lumerical 特色功能· 學(xué)會(huì)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

Lumerical FDTD軟件求解器件的光學(xué)性質(zhì)變化，證明電光開關(guān)的可行性。

引言本文將介紹一些可用于提升仿真性能的簡(jiǎn)單策略。這些基本策略可能需要一些測(cè)試和預(yù)先思考，但它們簡(jiǎn)單易行，對(duì)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(duì)稱性或減少監(jiān)視器收集的數(shù)據(jù)量來降低仿真要求。

Ansys Lumerical FDTD 軟件，模擬與不同情況相對(duì)應(yīng)的各種組成材料和背景材料設(shè)置 Ansys Lumerical FDTD 實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確模擬超構(gòu)光學(xué)透鏡 Ansys Lumerical FDTD 實(shí)現(xiàn)與 Ansys Zemax 軟件交互集成，可以進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)互傳 利用 Ansys Lumerical FDTD

二、FDTD建模1.形成合適的圓艾里光束后，運(yùn)行腳本“1 圓艾里光場(chǎng)參數(shù)設(shè)計(jì)”，進(jìn)行光場(chǎng)參數(shù)的后續(xù)設(shè)計(jì)，如偏振態(tài)、顆粒尺寸等。 2.接著運(yùn)行腳本“2 圓艾里光場(chǎng)”，以建立仿真環(huán)境。會(huì)隨第一步的參數(shù)進(jìn)行深入設(shè)置。運(yùn)行后會(huì)直接開始仿真。 3.形成的結(jié)構(gòu)會(huì)記錄三維光場(chǎng)信息，便于后續(xù)光學(xué)力仿真。

我們可以在仿真軟件中進(jìn)行建模仿真， 如下圖所示。根據(jù)麥克斯韋方程組及FDTD求解算法，仿真空間具有邊界條件，介質(zhì)分布將在網(wǎng)格中呈現(xiàn)，添加的光源可以位于空間內(nèi)的任意位置。 運(yùn)行仿真后，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的可視化，觀測(cè)光波的傳輸進(jìn)程，并記錄仿真空間內(nèi)的電磁場(chǎng)分布。

對(duì)于衍射光柵，下面會(huì)先用較少的入射光條件，分別對(duì)RCWA方法與FDTD方法流程做一個(gè)介紹，并說明設(shè)定的區(qū)別與結(jié)果比較。 衍射光柵（RCWA方法） 在 LSWM 中，F(xiàn)SP檔案只需要幾何對(duì)象和FDTD仿真區(qū)域，其中RCWA求解的x和y范圍（相當(dāng)于光柵周期）將從FDTD仿真區(qū)域定義。

下圖顯示了更高精度 FDTD 仿真的橫截面。FDTD 與理論結(jié)果之間的一致性顯然要好得多。此外，較小的網(wǎng)格會(huì)產(chǎn)生更高分辨率的場(chǎng)輪廓，從而更好地解析金屬界面附近的場(chǎng)。

電磁波經(jīng)過PML層后會(huì)被PEC邊界完全反射回來，重新經(jīng)過PML吸收并最終進(jìn)入FDTD仿真區(qū)域。

專題二課程通過FDTD仿真實(shí)例以及論文模擬復(fù)現(xiàn)的形式，帶大家使用FDTD Solutions及相關(guān)軟件構(gòu)建數(shù)值建模研究的方法。多個(gè)場(chǎng)景案例的應(yīng)用講解，學(xué)習(xí)借助FDTD在超構(gòu)表面設(shè)計(jì)、超構(gòu)透鏡設(shè)計(jì)、納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性研究、波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多個(gè)方向的研究。 詳情請(qǐng)看：軟研科技微信號(hào)：XIE-Tloml

三維FDTD仿真區(qū)域設(shè)定4. 最常見的構(gòu)造二維周期無限大結(jié)構(gòu)的方方法是設(shè)置兩對(duì)周期性邊界條件：x min，x max，y min，y max均為periodic。5. 常見FDTD區(qū)域俯視圖6. 特殊的，若結(jié)構(gòu)在X或Y方向?qū)ΨQ分布，可選擇該方向上的symmetric條件7.

下圖顯示了更高精度 FDTD 仿真的橫截面。FDTD 與理論結(jié)果之間的一致性顯然要好得多。此外，較小的網(wǎng)格會(huì)產(chǎn)生更高分辨率的場(chǎng)輪廓，從而更好地解析金屬界面附近的場(chǎng)。

16、 用matlab打開“Scattering_of_nanorod.m”，如下圖點(diǎn)擊紅框中的“運(yùn)行”，即可得到解析計(jì)算的散射截面，與FDTD仿真的曲線完全一致。

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(chǎng)，設(shè)計(jì)六邊形金屬狹縫結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光學(xué)斯格明子的動(dòng)態(tài)調(diào)控，通過時(shí)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)。

對(duì)于24GB超透鏡仿真模型，使用2個(gè)GPU的FDTD仿真速度快2.0倍，使用4個(gè)GPU的FDTD仿真速度快4.0倍，使用6個(gè)GPU的FDTD仿真速度快6.0倍，使用8個(gè)GPU的FDTD模擬速度快8.0倍。

Lumerical是目前市場(chǎng)上專業(yè)的模擬光學(xué)仿真和硅基光電子設(shè)計(jì)軟件，提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)環(huán)境，能夠?yàn)楣庾釉O(shè)計(jì)師提供具有創(chuàng)造性，高精確度和成本效益的設(shè)計(jì)解決方案，幫助設(shè)計(jì)師開發(fā)下一代微納尺度光子技術(shù)。本在線直播培訓(xùn)課程將從各個(gè)論文中的案例出發(fā)，針對(duì)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(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和仿真演示，完成對(duì)軟件的操作、分析及設(shè)計(jì)流程。

此外，FDTD 是一種全數(shù)值方法，而 RCWA 是半解析方法，STACK 則是解析方法，因此 FDTD 的結(jié)果精度通常低于 RCWA 或 STACK。RCWA 和 STACK 仿真的設(shè)置也遠(yuǎn)比 FDTD 仿真簡(jiǎn)單，從而降低了仿真設(shè)置不當(dāng)?shù)目赡苄浴?duì)于平面波光源入射到多層結(jié)構(gòu)的仿真，若各層在橫向上是均勻的，則可以使用 STACK 求解器。

Ansys Lumerical FDTD是業(yè)界公認(rèn)的微納光子器件仿真的標(biāo)準(zhǔn)工具。　　這款高性能二維／三維麥克斯韋方程求解軟件，能夠精確分析具有微納尺寸或亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)與紫外、可見、紅外、太赫茲和微波的相互作用，能被廣泛應(yīng)用千微納光電子器件、工藝以及材料的設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化。　　FDTD的集成設(shè)計(jì)環(huán)境支持腳本語言操作、高級(jí)后處理和結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能，讓用戶可以更專注有效地完成設(shè)計(jì)要求。