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fdtd內(nèi)置有平面光，高斯光，模式光，全場散射光，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中入射一個渦旋光，徑向/角向偏振光等等，這個時候就需要編寫一些代碼將光源導(dǎo)入到FDTD中。下面是我簡簡單單在FDTD中仿真的一個渦旋光的傳播。

圖3 結(jié)構(gòu)樹以及建模效果 掃描設(shè)計結(jié)構(gòu)掃描個性化編碼，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)過一些仿真時間）。圖4 掃描腳本以及生成的仿真結(jié)果 散射光場、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序號，生成光場圖，見下圖效果。

Y分束器是集成光子器件中一種非常重要的單元器件，它有非常廣泛的應(yīng)用，如波導(dǎo)干涉儀、調(diào)制器、光開光、光分束器等。我們可以在仿真軟件中進行建模仿真， 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。

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，驗證入射光相位調(diào)控可精準改變光學(xué)斯格明子的形貌與位置，為拓撲光學(xué)結(jié)構(gòu)的可控構(gòu)建提供仿真依據(jù)。

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

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

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

對于衍射光柵，下面會先用較少的入射光條件，分別對RCWA方法與FDTD方法流程做一個介紹，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檔案只需要幾何對象和FDTD仿真區(qū)域，其中RCWA求解的x和y范圍（相當于光柵周期）將從FDTD仿真區(qū)域定義。

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

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)格會產(chǎn)生更高分辨率的場輪廓，從而更好地解析金屬界面附近的場。

2.2FDTD仿真方法與結(jié)構(gòu)設(shè)計研究采用3D時域有限差分（FDTD）電磁仿真技術(shù)（Ansys Lumerical FDTD模擬套件）作為主要研究工具，該方法能夠精確求解麥克斯韋方程組，捕捉亞波長尺度的電磁場分布，特別適合處理多層薄膜結(jié)構(gòu)中的光干涉和外耦合效率。

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

如下圖，作者制作了一排鋯硅納米柱，在其中摻雜熒光染料，隨后用顯微鏡聚焦渦旋光在納米柱一側(cè)，觀察到熒光分子被激活且熒光向著一側(cè)單向輻射。有兩點需要說明，第一個作者在仿真中使用的是偶極子光來近似等效聚焦渦旋光，第二點是作者的實驗現(xiàn)象我覺得也并不明顯是單向輻射，盡管他的仿真很明顯。

Lumerical是目前市場上專業(yè)的模擬光學(xué)仿真和硅基光電子設(shè)計軟件，提供了強大的設(shè)計環(huán)境，能夠為光子設(shè)計師提供具有創(chuàng)造性，高精確度和成本效益的設(shè)計解決方案，幫助設(shè)計師開發(fā)下一代微納尺度光子技術(shù)。本在線直播培訓(xùn)課程將從各個論文中的案例出發(fā)，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(jié)構(gòu)進行建模和仿真演示，完成對軟件的操作、分析及設(shè)計流程。

第3步：整體透鏡設(shè)計一旦從第2步構(gòu)建了相位/光場相對于半徑的庫，就有兩種方法可用于設(shè)計和分析超透鏡整體：直接仿真：根據(jù)上一步的目標相位分布以及其相對于半徑的數(shù)據(jù)情況，在FDTD中構(gòu)建和模擬完整的超透鏡。雖然這種方法更直接，但它可能會在內(nèi)存和仿真時間方面帶來挑戰(zhàn)，尤其是對于較大的超透鏡而言。

； 本案例僅包含模型文件，但有一個如何運行仿真的簡單說明。

RCWA的光場結(jié)果也顯示出與 FDTD 的良好匹配：在以上內(nèi)容中，我們主要討論具體步驟的前兩個部分：在OpticStudio內(nèi)定義目標相位分布以及如何進行元原子仿真(基于FDTD或RCWA算法的高度和半徑掃描)。

仿真驗證：FDTD方法揭示光學(xué)性能為精準評估濾波器性能，研究采用時域有限差分法（FDTD）進行仿真，選用Ansys Lumerical FDTD solver。FDTD是求解麥克斯韋方程組的強大工具，能在時間和空間域中精確模擬電磁波與結(jié)構(gòu)化材料的相互作用，其核心是基于Yee算法對麥克斯韋旋度方程進行離散化迭代求解。

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為拓撲荷數(shù)，為方位角)。設(shè)計中采用FDTD全波仿真，優(yōu)化納米柱尺寸，實現(xiàn)0-2π連續(xù)相位覆蓋及高透射效率(>80%)。

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)格會產(chǎn)生更高分辨率的場輪廓，從而更好地解析金屬界面附近的場。