FDTD Solution入門

1、FDTD_getting_started翻譯配合FDTD_getting_started看1. 介紹用FDTD Solutions進行模擬是很簡單的。首先，創(chuàng)建一個FDTD Simulation Project文件（擴展名為*.fsp）。它包含了關(guān)于物理結(jié)構(gòu)，光源，監(jiān)測器，模擬參數(shù)的細節(jié)。保存這個工程文件然后運行模擬。運行完后，結(jié)果數(shù)據(jù)會加到fsp文件，用于分析。模擬的通常步驟如下圖所示。在接下來的章節(jié)中有更詳細的描述。1.1 什么是FDTD？時域有限差分方法已經(jīng)成為目前最新的在復(fù)雜幾何條件下解決麥克斯韋方程的方法。它是一個完全的矢量方法，既給出時域也給出頻域的信息，它給電磁學(xué)和光子學(xué)的所有類

2、型問題都提供了獨特的視角。這個方法在空間和時間上都是離散的。電磁場和目標(biāo)結(jié)構(gòu)材料都在一種用所謂的Yee元胞組成的獨立的網(wǎng)孔中來描述。麥克斯韋方程在離散的時域中解決，所用時間步長和光通過網(wǎng)孔尺寸所用時間有關(guān)。當(dāng)網(wǎng)孔大小趨于零時，這個方法確切的描述了麥克斯韋方程。供模擬的結(jié)構(gòu)可以有各種各樣的電磁材料特性。多種源可以加入到模擬中，連續(xù)迭代（重復(fù)）可以使電磁場隨時間傳播。一般的，模擬運行后會直到在模擬區(qū)域基本上沒有電磁場剩下才停止。時域信息可以在任何空間點被記錄。這些數(shù)據(jù)可以在模擬的時候記錄下來，也可以作為一系列快照在任何用戶定義的時間記錄下來。任何空間點的頻域信息可能可以通過對該點時域信息的傅里葉變

3、換得到。因而在一個簡單的模擬中得到的基于能流和模型文件的頻率可能分布在很廣的頻率范圍。另外，F(xiàn)DTD獲取的近場結(jié)果可能被轉(zhuǎn)成遠場的，這對于研究散射是很重要的。1.2 第一步：創(chuàng)建物理結(jié)構(gòu)版圖編輯器（圖略）用Structures列表創(chuàng)建幾何結(jié)構(gòu)。他們的特性用EDIT編輯。工具欄，在左邊。用Aligning按鈕安排對象的位置。材料特性：可自行定義或從數(shù)據(jù)庫中選擇。1.3 第二步：設(shè)置模擬區(qū)域和時間用ADD SIMULATION REGION設(shè)置：模擬區(qū)域，其大小和位置，網(wǎng)格精度，合適的邊界條件。模擬區(qū)域的大?。涸诎枘M的區(qū)域的情況下盡可能小，減少模擬時間。網(wǎng)孔精度：一般開始設(shè)為1或2，可以快

4、很多。一般的，網(wǎng)孔間距設(shè)為小于最高折射率材料中波長的1/10。對于波長量度的結(jié)構(gòu)，要減小網(wǎng)孔間距。邊界條件：通常有吸收邊界條件，周期性邊界條件，金屬邊界條件。PML可以用作吸收邊界條件。對稱和非對稱邊界條件可能永遠某些對稱問題中減小模擬區(qū)域。布洛赫邊界條件可以用于光子能帶結(jié)構(gòu)計算。模擬時間模擬時間可以設(shè)長點，場衰減到接近0時，軟件會自動停止模擬。經(jīng)驗上，模擬時間為光通過模擬區(qū)域所需最大時間的兩倍。t>2nL/c。n為材料最高的折射率。1.4 第三步：源用SOURCES添加輻射源。源類型：點光源高斯光源和平面波源 可用于變形表面和納米粒子衍射研究?？倛錾⑸鋱鲈碩FSF 粒子衍射?？倛鰠^(qū)計算

5、所有場（入射和衍射），TFSF邊界外區(qū)域只計算衍射場。模式光源 用于波導(dǎo)、集成光路。外來光源 其他光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計工具光源。1.5 第四步：定義監(jiān)視器監(jiān)視器用來記錄電磁場之后的繪圖和數(shù)據(jù)分析。根據(jù)不同的應(yīng)用和需要可以使用不同類型的監(jiān)視器。除了基本的監(jiān)視器，還可以創(chuàng)建復(fù)合的監(jiān)視器（分析組）。監(jiān)視器種類Index monitors允許用戶觀看和分析模擬區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)的折射率的實部和虛部。時間監(jiān)視器記錄和保存模擬時用戶規(guī)定的點的間隔一定時間電磁場的值。它可以是一個點，線段，平面或立體。Movie monitor 記錄場的變化。頻域場描述監(jiān)視器 記錄一定頻帶寬度的穩(wěn)定頻率響應(yīng)。頻域功率監(jiān)視器 和頻域場描述監(jiān)視

6、器差不多。測的是能流。1.6 第五步：運行模擬創(chuàng)建完模擬對象后，保存文件，在SIMULATION菜單選擇RUN FDTD。內(nèi)存要求：SIMULATE菜單/CHECK MEMORY REQUIREMENTS. 內(nèi)存取決于網(wǎng)孔數(shù)量和監(jiān)視器數(shù)量，越多需要內(nèi)存越大。檢查材料是否合適：檢查材料性質(zhì)是否正確和適當(dāng)。在工具欄中或SIMULATION選項。模擬的實際用時：軟件在Run Dialogue Box中估計實際用時。要減少用時可以增加所用的計算機核心數(shù)目或用網(wǎng)絡(luò)集群計算。Run Dialogue Box：顯示運行任務(wù)，剩余時間，進度及每個源的時間包絡(luò)函數(shù)。1.7 第六步：繪制結(jié)果和分析數(shù)據(jù)模擬中由監(jiān)視器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在analysis窗口可以看到。它和script file editor共享窗口。左下角可以切換兩個窗口。繪制數(shù)據(jù)圖：根據(jù)監(jiān)視器可以畫出標(biāo)準(zhǔn)的x-y數(shù)據(jù)圖。輸出繪圖數(shù)據(jù)：Export得到監(jiān)視器數(shù)據(jù)的文本文件。遠場分析：頻域模擬器獲取的近場結(jié)果可以轉(zhuǎn)為遠場，并繪制保存。用編程得到更好的分析：編程語言比圖像分析窗口可以更好的分析數(shù)據(jù)。1.8 第七步：回到布局編輯器如果需要對物理結(jié)構(gòu)進行修改，需要回到布局編輯