fdtdsolution入门
FDTD Solutions 帮助 _ Quality factor calculations
知识库安装和设置入门教程参考指南用户指南应用实例天线艺术ASAPBSDF谐振腔CMOS增益材料缺陷检测光栅OLEDs材料科学超材料显微镜多层堆叠結構非线性光学镊子光子晶体太阳能电池表面等离子波导A cavity is called a low Q cavity when the electromagnetic fields decay completely from the simulation in a timeFDTD Solutions 在线帮助Quality factor calculations FDTD Solutions product page Training workshop schedule Webinar schedule Download page)SearchResonance 2:frequency = 205.814THz, or 1456.62 nmQ = 77.498 +/- 0.226738The analysis script also creates two plots. The plot shown below to the left contains one of the field components (Hz). You can see that the fields have decayed by the end of the simulation time. The second plot shows the location and relative amplitude of the resonance peaks.Note that the initial transients of the source are neglected by setting the "start time" for the time monitors to 200fs. The "start time" for the time monitors is the time at which the monitors begin recording data. This setting can be changed in the user properties for the analysis group. Also, note that in the analysis group, it is possible to use one time monitor or an array of time monitors for the Q factor calculation. The problem with using one time monitor is that if the one monitor is placed at or near a null of the cavity mode, then due to the fact that the field intensity is very low, the Q factor can have a large uncertainty (if it is even possible to obtain a meaningful result).The low_quality_factor_3D.fsp simulation file contains a 3D version of the low Q analysis object.High Q cavitiesA cavity is considered to be a high Q cavity when the electromagnetic fields cannot completely decay from the simulation in a time that can be simulated reasonably by FDTD. In this case, we cannot determine Q from the frequency spectrum because the FWHM of each resonance in the spectrum is limited by the time of simulation,Tsim , by FWHM ~ 1/Tsim. Instead, the quality factor should be determined by the slope of the envelope of thedecaying signal using the formulawhere fRis the resonant frequency of the mode, and m is the slope of the decay in SI units.Derivation of Q factor formula:The quality factor (Q) is defined aswhere wris the resonant frequency and FWHM is the full width half max of the resonance intensity spectrum. The time domain signal of the resonance is described bywhere α is the decay constant. The fourier transform of E(t) is easy to calculate.The maximum value of |E(w)|^2 is clearly 1/α^2, at w=wr. With a little more work, we can determine that thehalf max frequencies occurs at w=wr + α and w=wr- α. Therefore, FWHM = 2α. Substituting this value intothe original Q formula and solving for α givesNow that we know how to relate α to Q, we must determine how the slope of the time signal decay is related to Q. We must take the log of the time signal to make the envelope a linear function.where m is the slope of the log of the time signal envelope. Solving for Q, we get.Example:Calculation of the Q factor for high Q cavities is complicated because•separating the decay of the envelope from the underlying sinusoidal signal is difficult since the fields are typically real-valued•if there are multiple resonant modes, they will interfere with each other in the time domain, making it hard to estimate the decay rate.By opening the edit dialog box for the Q factor analysis object located in quality_factor_3D.fsp, you can see that the analysis object solves these problems by•accurately calculating the envelope of the time-domain field signal•isolating each resonance peak in the frequency domain using a Gaussian filter, and then taking the inverse Fourier transform to calculate the time decay separately for each peak. The slope of the time decay is then used to calculate the Q factor and obtain an error estimate.In addition, note that:•the Q analysis object has setup variables that allow you to choose how many time monitors to use to calculate the Q factor. It is often a good idea to add a few point monitors at different locations to reduce the chances that a monitor is placed at a node in the mode profile of a cavity mode yielding a weak signal.•in the analysis tab, there is a parameter that can be set to choose how many resonant peaks to look for •all the field components that are available are used to calculate the Q factor•it is possible to change other parameters, such as the Gaussian filter width and resolution in the frequency domain. These parameters are set in the analysis script.•in the script, only the part of the time signal lying in 40-60% of the time signal collected is used for the slope calculation. These percentages can easily be changed. However, setting the upper limit to anything greater than 90% can lead to errors due to the fact that Fourier transforms, and inverse transforms were used when the Gaussian filter was used to isolate the peak. The Fourier transforms introduce errors to the end of the time signal due to the fact that discrete Fourier transforms assume periodicity of the signal.Next, run the simulation. When the simulation is complete, choose to edit the analysis object and press RUN ANALYSIS button. The analysis script output will contain the location of the resonance frequencies and their corresponding Q factors.Resonance 1:frequency = 178.786THz, or 1676.82 nmQ = 306.279 +/- 1.41318Resonance 2:frequency = 227.307THz, or 1318.89 nmQ = 274.874 +/- 4.50921The analysis object also produces the following plots.The time decay of the field components and their envelopes. Note The spectrum and the Gaussian filtersThe spectrum of resonances. Each resonant peak appears in a The time decay of the sum of squared Other versions of this page:Events。
微纳光子学设计仿真工具-FDTD Solutions 专题资料集锦
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Fabrication and properties of metalo-dielectric photonic crystal.pdf
Educational Software for interference and optical diffraction
SMALL AREA RIGHT ANGLE BENDS.pdf
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表面等离子体亚波长光学.pdf
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FDTD Solutions 8.0 - New Features(视频)
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Application of Surface Plasmon Polaritons in CMOS Digital
FDTD软件介绍及案例分析一
由于不完美的滤色片,finite-sized入射光thescattering 折射、绕射内同时进行图像传感器像素,来料绿色的光照亮 的矽光电二极体上方的照亮象素,相邻像素。figurebelow向 下的显示能力在矽基板上的焊剂在像素所示。当接收的信号 是最亮的在过去的两个中间的绿sub-pixels残余信号观测, 照亮sub-pixels红色、蓝色、绿色sub-pixels附近。
一：公司背景介绍
1、公司介绍 • FDTD Solutions软件由加拿大Lumerical Solutions公司出品。
该公司成立于2003年，总部位于加拿大温哥华。用户用该 公司软件已发表大量高影响因子论文，并被许多国际著名 大公司和学术团队所使用 • FDTD Solutions：基于矢量3维麦克斯维方程求解，采用时 域有限差分FDTD法将空间网格化，时间上一步步计算，从 时间域信号中获得宽波段的稳态连续波结果，独有的材料 模型可以在宽波段内精确描述材料的色散特性，内嵌高速、 高性能计算引擎，能一次计算获得宽波段多波长结果，能 模拟任意3维形状，提供精确的色散材料模型
三：FDTD Solutions软件应用范围
1、应用范围：
8
四：FDTD Solutions软件应用实例库
1、FDTD Solutions应用实例库 • CMOS图像传感器像素设计 • 深紫外线（DUV）光刻仿真 • DVD表面分析 • LED光提取 • 纳米粒子散射 • 纳米线栅偏振器 • 光子晶体VCSEL • SPR纳米光刻 • 薄膜太阳能器件 • 波导微腔
FDTD Solutions资料集锦专题资料(一)
如何成功完成您的Lumerical注册.pdf
算例下载区:
谐振腔相关算例：
FDTD案例-谐振腔-光学晶子.rar
FDTD案例-谐振腔-quality_factor.rar
FDTD案例-谐振腔-低质因子.rar
FDTD案例-谐振腔-型腔回音壁.rar
FDTD案例-谐振腔-PC_3D.rar
FDTD案例-谐振腔-型腔模振幅.rar
克斯普朗克研究院、麻省理工学院、美国国家标准与技术研究院、东京大学
、清华大学、北京大学和中国科学院多个研究所等，都在使用Lumerical的设 计软件软件。
FDTD参考手册
Lumerical 2014a安装手册.pdf
Lumerical Flexnet code license安装步骤（最新）.pdf
FDTD Solutions资料集锦 专题（一）
更新时间：2015-2-4
以下是小编整理的一些FDTD Solutions资料集锦,其中包括了有关FDTD
Solutions FDTD参考手册、应用算例。有关文档的下载，可以到研发埠 网站的专题模块，输入相应的Байду номын сангаас题名，搜索到相应的专题便可以找学软件 FDTD Solutions
FDTD Solutions软件由加拿大Lumerical Solutions公司出品。通过向研究和 产品开发专业人士提供基于计算技术最新发展的高性能光学设计软件， Lumerical帮助光学设计者达到挑战性设计目标，满足严格的设计期限要求。 Lumerical的设计软件已在 30多个国家应用，全球科技领先厂商，如安捷伦 、ASML、博世、佳能、Harris、Northrop Grumman、奥林巴斯、飞利浦、三 星和意法半导体，以及众多卓越研究机构，如哈佛大学、加州理工学院、马
FDTD操作案例2
一基于Au薄膜正三角形孔阵列提取光场强度分布图本例子中取Au薄膜厚度30nm，三角形孔阵周期800nm，小孔直径600nm。
Au的材料模型选取“Au (Gold)–CRC”，或者自建材料模型。
参见hole arrays_E fied pro文件。
1.添加金薄膜，打开FDTD Solution 软件后点击“structure”，添加长方体模块。
如下图所示。
点击，对几何参数和材料类型等进行编辑。
参照下图。
先将“name”改为“Au 30nm”，在“Geometry”下设置金薄膜的几何尺寸，我们只需要对下图红框所示的左边一栏进行编辑，其中“x span、y span、z span”分别对应金薄膜的长、宽和厚度，而“x、y、z”表示其几何中心的坐标值，均设置为0。
在“x span”中输入“0.8*2+0.6”，“y span”中输入“0.8*sqrt(3)+0.6”,“z span”中输入“0.03”，对应金薄膜厚度为30nm，便可得到如下图所示的结果。
点击“material”，选择所使用的材料类型，如下图所示，选中“Au (Gold) - CRC”，点“OK”保存即可。
现在对金膜的几何尺寸和材料类型设置完成。
2.在金薄膜中添加小孔阵列。
点击中的三角形，在下拉菜单中选择“Photonic crystals”。
然后在屏幕右侧的“Object”一栏中选中“Hexagonal lattice PC array”，点击“Insert”进行添加。
在左侧的结构树“object tree”中选中“hex_pc”,即我们刚才添加进去的六边形阵列，点击对它进行编辑。
各参数设置如下图所示，其中“a”表示小孔之间的间距，即三角形孔阵的周期，“radius”表示小孔半径。
设置完成后，点“ok”保存。
经过上面的步骤，我们搭建的模型的如下图所示。
我们发现经过上面的设置所得到的三角形孔阵列其中两个小孔超出了金膜，为了好看起见，希望将多余的这两个小孔删掉，首先，如下图所示，在结构树下选中“hex_pc”，单击鼠标右键在菜单中选择“break groups”，不进行这项操作无法删掉多余的小孔。
微纳光子学设计分析软件FDTD Solutions专题资料集锦(二)
Broadband negative refraction in stacked fishnet metamaterial.pdf
宽带负折射在渔网材料堆放 We demonstrate a scheme to utilize the stacked fishnet metamaterial for all-angle negative refraction and subwavelength imaging within a wide frequency range starting from zero frequency. The theoretical predictions are verified by the brute-force finitedifference-in-time-domain numerical simulations. The phenomena come from the negative evanescent coupling between the adjacent slab
808nmLD激发下高折射率差光纤锥_硫卤微球耦合系统的荧光回廊模.zip 用熔融淬冷法制备了0.5wt.％掺杂Nd3+:75GeS2－15Ga2S3－0CsI (0.5wt.％ Nd－GGSI)硫卤玻璃。此基础上以玻璃粉料漂浮熔融法制备出粒径为50～
300μ m高折射率（ｎ≈2.1）玻璃微球，并在显微镜下选出表面质量高的硫卤
FDTD入门教程
欢迎进入FDTD Solutions 的入门教程！入门教程由四章内容组成。
第一章介绍FDTD Solutions 的基本功能，以及器件建构，程序运行和结果分析。
后面三章则针对v个实际问题，提供详细指导，帮助用户一步步地了解每一模块的功能及其使用。
文中涉及的所有模拟设计文件都可以从LUMERICAL 的相应网页上免费下载。
第一章简介第二章银质纳米线谐振腔散射教程第三章环形谐振腔教程第四章光子晶体微腔教程简介The goal of the Getting Started Guide is to introduce the Finite Difference Time Domain (FDTD) technique and explain how modeling is done with the software.The FDTD algorithm is useful for design and investigation in a wide variety of applications involving the propagation of electromagnetic radiation through complicated media. It is especially useful for describing radiation incident upon or propagating through structures with strong scattering or diffractive properties. The available alternative computational methods - often relying on approximate models - frequently provide inaccurate results. FDTD Solutions is useful for numerous engineering problems of commercial interest including:• display technologies• optical storage devices• LED design• biophotonic sensors• plasmon polariton resonance devices• optical waveguide devices• photonic crystal devices• integrated optical filters• optical micro cavity designFDTD Solutions is an accurate and easy to use, versatile design tool capable of treating this wide variety of applications. This introductory chapter of the Getting Started Guide introduces the general FDTD method and provides a basic overview of the product usage. The final sections contain examples that are accompanied by step-by-step instructions so that you can set up and run the simulations yourself.什么是时域有限差分？The Finite Difference Time Domain (FDTD) method has become the state-of-the-art method for solving Maxwell’s equations in complex geometries. It is a fully vectorialmethod that naturally gives both time domain , and frequency domain information to the user, offering unique insight into all types of problems and applications inelectromagnetics and photonics .The technique is discrete in both space and time . The electromagnetic fields and structural materials of interest are described on a discrete mesh made up of so-called Yee cells . Maxwell’s equations are solved discretely in time, where the time step used is related to the mesh size through the speed of light. This technique is an exactrepresentation of Maxwell’s equations in the limit that the mesh cell size goes to zero. Structures to be simulated can have a wide variety of electromagnetic material properties. Light sources may be added to the simulation. The FDTD method is used to calculate how the EM fields propagate from the source through the structure . Subsequent iteration results in the electromagnetic field propagation in time. Typically, the simulation is run until there are essentially no electromagnetic fields left in the simulation region.Time domain information can be recorded at any spatial point (or group of points). This data can be recorded for the duration of the simulation, or it can be recorded as a series of "snapshots" at times specified by the user.Frequency domain information at any spatial point (or group of points) may be obtained through the Fourier transform of the time domain information at that point. Thus, the frequency dependence of power flow and modal profiles may be obtained over a wide range of frequencies from a single simulation.In addition, results obtained in the near field using the FDTD technique may be transformed to the far field, in applications where scattering patterns are important.More information about the FDTD method, including references, can be found in the Physics of the FDTD Algorithm section of the reference guide.FDTD的用户界面This section discusses useful features of the FDTD Solutions Graphical User Interface (GUI).In this topicGraphical User Interface: Windows andToolbarsAdd Objects to the simulationEdit ObjectsStart a new 2D/3D simulationGraphical User Interface: Windows and ToolbarsThe graphical user interface contains useful tools for editing simulations, including• a toolbar for adding objects to the simulation• a toolbar to edit objects• a toolbar to run simulations•an objects tree to show the objects which are currently included in the simulation• a script file editor window•an object library• a window to set up parameter sweeps and optimizationsIn the default configuration some of the Windows are hidden. To open hidden windows, click the right mouse button anywhere on the main title bar or the toolbar to get the pop up window shown in the screen shot below. The visible windows/toolbars have a check mark next to their name; the hidden ones do not have check marks. A second way to obtain the pop up window is to go to the main title toolbar and select VIEW->WINDOWS.For more information about the toolbars and windows see the Layout editor section of the reference guide.Add Objects to the simulationThe Graphical User interface contains buttons to add objects to the simulation. Click on the arrow next to the image to get a pull down menu which shows all the available options in a group. The screenshot below shows what happens when we click on the arrow next to the COMPONENTS button. Note that the picture on the button is the same as the MORE CHOICES option in the list. If we click on the button itself (instead of the arrow) we will go directly to the MORE CHOICES section of the object library.Also notice that the picture for the COMPONENTS button will change depending on what the last component that was added to the simulation was. Finally, the ZOOM EXTENTbutton in the toolbar will resize the viewports to fit all the objects currently included in the simulation.Edit objectsTo edit an object, select the object and press E on the keyboard or press the EDIT buttonon the toolbar. The easiest way to select an object is to click on the name of the object in the objects tree. However, objects can also be selected by clicking on the graphical depiction of them when the SELECT button is pressed. For more information see the Layout editor section of the reference guide.When we edit objects in FDTD, we get an edit window. The edit windows have units for the settings; in the GEOMETRY tab, the x, y and z location will be in μm by default. The units can be changed to nm if we choose SETTINGS->LENGTH units in the main menu. Fields in the edit windows act like calculators, so that equations can be entered in the fields. See the y span field below for an example.Start a new 2D/3D simulationBy default FDTD Solutions opens with a blank 3D simulation. In the following Getting Started Examples, we often begin with a 2D simulation, which can be obtained as shown in the screenshot below.模拟运行与优化This section discusses important checks which should be made before running a simulation (memory requirements, material fits) and gives links to more information about running simulations and parameter sweeps or optimizations.In this topicCheck memory requirementsCheck material fitsSetup parallel optionsRun simulationRun parameter sweeps and optimizationsCheck memory requirementsTo check the memory requirements, press the CHECK button If this is not the current icon, you can find it by pressing the arrow. Note that the memory report indicates the amount of memory used by each object in the simulation project as well as the total memory requirements. This allows for judicious choice of monitor properties in large and extensive simulations.Check material fitsThe CHECK button also contains a material explorer option . Many of the materials used in FDTD Simulations come from experimental data (see the materials section of the Reference Guide for references for the material data and descriptions of the FDTD material models). Before running a simulation, FDTD Solutions automatically generates a multi-coefficient model fit to the material data in the wavelength range for the source. It is a good idea to check and optimize the material fit before running a simulation. Setup the resource configurationBefore running any simulations, the resource options must be set up. These options canbe accessed by pressing the Resources button . In most cases, the default settings should be fine. The 'number of processes' is typically set to the number of cores in your computer.Run simulationYou can run simulations by pressing the RUN button on the mail toolbar. For more details, such as how to run multiple simulations in distributed mode, please see the RunSimulations section in the online User Guide, or the Running simulations and analysis section of the Reference Guide.Run parameter sweeps and OptimizationsFDTD Solutions also has a built in parameter sweep and optimization window. This window can be seen at the top of the page, and can be opened using the instructions in the Graphical User Interface discussion just prior to this topic.Optimization Window includes buttons to add a parameter sweep and add an optimization. Parameter sweeps and optimizations can include multiple parameters, or be nested. Each optimization or sweep can be run by pressing the right-most button.仿真数据分析This section discusses the tools used to analyze simulation data: the Analysis Window, the script environment and data export to third party software such as MATLAB. For more details please see the Analysis tools and the Scripting language chapters in the Reference Guide.In this topicAnalysis windowScriptingData exportAnalysis windowThe screen shot below shows the open analysis window. The analysis window can be used to plot monitor data.A variety of monitor data can be plotted via the Analysis window, depending on the monitor type. Spatial refractive index data, field vs time, field vs frequency, fields vs spatial dimensions, and power transmission vs frequency are a few examples. The terminology 'Intensity' indicates a squared quantity. For example, 'E intensity' means |E|^2. 'Ex intensity' means |Ex|^2. Field data from frequency monitors is always plotted as an Intensity. If you want to see the real or imaginary parts of the field, or if you want to obtain phase information, the scripting language will be required.ScriptingFDTD Solutions contains a built in scripting language which can be used to obtain simulation data, and do plotting or post-processing of data. The script prompt can be used to execute a few commands, or the built in script file editor can be used to create more complex scripts.A thorough introduction to the Lumerical scripting language can be found in the Scripting section of the FDTD Solutions online user guide. Definitions for all of the script commands are given in the Scripting language chapter in the Reference Guide.Data ExportFDTD simulation data can be exported into text file format using the analysis window, into a Lumerical data file format (*.ldf) which can be loaded into another simulation, or into a Matlab data (*.mat) file. Instructions for exporting to these file formats can be found in the links under the Scripting section.银质纳米线谐振腔散射教程问题综述当光波入射到金属纳米粒子上时，光与金属表面附近的电荷密度相互作用产生的表面等离子体极化surface plasmon polaritons 扮演着重要角色。
FDTD Solution V型结构旋转对接方法
FDTD Solution
V型结构旋转对接方法
一、方法要点
1.X,Y轴悬臂几何中心点分别放在X,Y轴上
2.Y轴悬臂始终水平放置，只沿Y轴上下平移，不予旋转
3.同时X轴悬臂旋转至设定角度，后沿X轴左右平移
4.至X,Y轴悬臂各一端端点重合，计算其他端点坐标
二、MATLAB参数运算
% FDTD Solution V型结构设计参数导出程序
clear all
% 1.参数设置
theta=150; % 固定Y轴上的旋臂，X轴上旋臂绕Z轴旋转角度。
x_span=0.2; % 两个旋臂的长度（等长）
% 2.计算结果
a=x_span/2; % 半旋臂长
x=-a+a*cosd(theta); % X轴旋臂中点坐标（x,0）
y=-a*sind(theta); % Y轴旋臂中点坐标（0,y）
x1=-a; % X,Y轴旋臂对接点坐标（x1,y1）
y1=-a*sind(theta);
x2=2*a*cosd(theta)-a; % X轴旋臂端点坐标（x2,y2）
y2=a*sind(theta);
x3=a; % Y轴旋臂端点坐标（x3,y3）
y3=-a*sind(theta)。
fdtd solutions matlab代码
以下是关于FDTD（Finite Difference Time Domain）方法的Matlab代码。
1. FDTD方法简介FDTD方法是一种数值分析电磁场问题的方法，最早应用于求解Maxwell方程组。
该方法的基本思想是将时间和空间分割为离散网格，并利用差分法求解Maxwell方程组。
FDTD方法广泛应用于天线设计、电磁兼容性分析、光学器件仿真等领域。
2. FDTD方法的Matlab代码以下是一个简单的一维FDTD方法的Matlab代码示例：```matlab定义常数c = 3e8; 光速dx = 0.01; 空间步长dt = dx/(2*c); 时间步长初始化场量Ez = zeros(1,1000); 电场Hy = zeros(1,1000); 磁场模拟时间步进for n = 1:1000更新磁场for i = 1:999Hy(i) = Hy(i) + (Ez(i+1) - Ez(i))/(c*dx);end更新电场for i = 2:1000Ez(i) = Ez(i) + (Hy(i) - Hy(i-1))*(c*dt/dx);endend绘制结果figure;plot(Ez);xlabel('空间步长');ylabel('电场强度');title('FDTD方法仿真结果');```3. 代码解释- 代码首先定义了常数c（光速）、空间步长dx和时间步长dt。
- 然后初始化了电场Ez和磁场Hy的空间网格。
- 在时间步进的循环中，首先更新磁场Hy，然后更新电场Ez。
- 最后绘制了Ez随空间步长的变化图。
这是一个非常简单的一维FDTD方法的Matlab代码示例，实际应用中可能会有更复杂的三维情况，需要考虑更多的边界条件和介质性质。
4. FDTD方法的应用FDTD方法在天线设计、电磁兼容性分析、光学器件仿真等领域有着广泛的应用。
通过编写相应的Matlab代码，可以对复杂的电磁场问题进行数值分析，得到定量的仿真结果，为工程设计和科学研究提供重要的参考。
FDTD基础
Mathematic Basis
Forward Difference
f ( x0 x) f ( x0 ) f ' ( x0 ) x
f ( x)
Backward Difference
f ' ( x0 )
f ( x0 ) f ( x0 x) x
x 0 x
K.S. Yee. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell's equations in isotropic media. IEEE Trans. Antennas Propagat. 14: 302‐307, 1966
J E Jm mH
D E B H
4
FDTD简介
时域有限差分法 （ Finite‐Difference Time‐Domain, FDTD） 是对时域 Maxwell方程进行差分离散的方式，是 电磁场计算领域的一种常用方法。FDTD 由 K. S. Yee 在 1966 年在其论文中提出，其模型基础就是电动力学中最基 本的麦克斯韦方程（ Maxwell's equation ） 。在 FDTD 方法提出之后，随着计算技术，特别是电子计算机技术的发 展，FDTD 方法得到了长足的发展，在电磁学，电子学，光 学等领域都得到了广泛的应用。
5
葛德彪,闫玉波. 电磁波时域有限差分方法(研究生教学用书) . 西安电子科技大 学出版社, 版本: 第2版, 西安电子科技大学出版社. 2005
王秉中.计算电磁学.科学出版社.2005
盛新庆. 计算电磁学要论（第2版）.中国科学技术大学出版社2008
第一章FDTD Solitions 简介
第一章FDTD Sol u tions 简介使用FDTD Solutions来进行仿真设计计算简单易懂。
首先要在FDTD Solutions的CAD 编辑状态建立一个要运算的文件（文件扩展名是.fsp），它必须包含有关物理结构、光源、监视器、以及仿真运算所需要的参数。
将此文件SAVE后就可以运行。
运行结束后，计算所得数据添加在原文件之内，然后就可以进行分析。
进行仿真设计计算这一简单过程一般需要如下图所示的步骤。
在随后的章节中将会详细讲解这些步骤。
1.1什么是FDTD？FDTD是F inite -D ifference T ime-D omain 的简写。
现在该方法已经成为求解复杂结构中麦克斯韦方程的最常用方法。
它是一种全矢量法，因此很自然地就会给出用户所需要的时域和频域信息。
这是该方法在电磁学和光子学所有应用中所拥有的独特优点。
FDTD技术在时间和空间都是离散的。
因此电磁场和所感兴趣结构材料必须在由所谓的YEE元胞构成的网格上予以描述。
麦克斯韦方程的求解在时间上是离散的，所用的时间步长通过光速与网格尺寸紧密相关。
在网格尺寸趋于零的极限情况下，这项技术准确无误地描述麦克斯韦方程。
所要仿真计算的结构可以具有各种各样的多种电磁材料特性。
根据需要，可以同时使用多个光源。
典型情况下，程序一直运行，直到电磁场能量几乎全部离开整个仿真计算区为止。
时域信息可以在任何一个或多个空间点上予以记录。
这些数据的纪录可以贯穿整个计算过程，也可以仅在用户设立的时间点上进行。
频域信息也可以在任何一个或多个空间点或面上予以记录，它们是通过对时域信息进行傅立叶变换获得的。
正因为如此，一次运行就可以获得能流和模式结构的频率依赖关系。
此外，应用FDTD技术获得的近场结果也可以变换到远场。
这种近场-远场变换在诸如散射研究等应用方面是非常重要的。
1.2 第一步：创建器件的物理结构打开FDTD Solutions 后，一个有三维视窗的外形编辑器（Layout Editor，简称编辑状态）就呈现在眼前。
FDTD-Solutions8.6使用指南
第一部分简介本入门指南对FDTD Solutions进行初步介绍，并演示如何模拟一些简单的体系。
在涉及电磁辐射在复杂媒介中转播方面的许多应用过程的设计和分析方面，FDTD算法非常有用。
特别适用于描述光线在具有较强散射和衍射特性的物体的入射以及传播。
而其它一些可选择的采用近似模型的计算方法，通常给出的结果不太精确。
FDTD Solutions可用来解决工程方面的许多实际问题，包括：●集成光学器件●显示技术●光学存储设备●OLED 设计●生物光子传感器●等离子体极化声子共振设备●光波导器件●光子晶体的设备●LCD设备FDTD Solutions是一种可处理这方面许多实际问题的可靠、易用、通用的开发工具。
简介部分对FDTD方法进行大概说明，并初步介绍使用方法。
随后是一些范例，并给出建模的每个步骤，这样你就可以建模并进行模拟计算。
1.1 什么是FDTD?时域有限差分（Finite Difference Time Domain：FDTD）法已经成为求解复杂几何体麦克斯韦方程的比较先进的方法。
并且完全以矢量法给出时域和频域方面的信息，有助于对电磁学以及光子学的各种类型的问题以及FDTD的应用有更深入的了解。
该技术在空间和时间上采用离散方式。
电磁场以及结构材料独立的的Yee元胞网格所描述，在时间上采用离散方式解麦克斯韦方程，所选用的时间步长在整个光速范围同元胞大小相关，当元胞大小趋于零时，可得到麦克斯韦方程的严格解。
模拟结构单元材料的电磁特性可以在很大范围变化。
可以将光源加入到模拟中，采用FDTD方法可以计算电磁场是如何从光源通过结构单元的。
在电磁波传播期间采用连续迭代方法进行计算。
通常情况下直到模拟区间没有电磁场存在时，模拟计算过程才停止。
在任何空间点（或点群）均可以记录时域信息。
这类数据既可以在模拟过程记录下来，也可以在用户规定的时间以一系列“快照”的方式记录下来。
同样也可能得到任何空间点（或点群）的频域信息，即通过对该点的时域信息进行傅里叶变换而得到。
FDTD使用说明文档
FDTD使用说明文档FDTD（Finite-Difference Time-Domain）是一种计算电磁波动方程的数值模拟方法。
它通过将空间和时间离散化，将整个问题转化为了差分方程的求解。
FDTD方法适用于计算二维和三维空间中的电磁波的传播和辐射问题，广泛应用于大气物理、电磁学、光学和电磁兼容等领域。
下面是FDTD的使用说明文档，包括基本原理、步骤和参数设置等。
一、基本原理：FDTD方法基于麦克斯韦方程组，将空间和时间划分为网格进行离散化，通过差分形式的麦克斯韦方程进行求解。
具体步骤如下：1.空间离散化：将计算区域划分为网格，每个网格点上都有电场和磁场分量。
2.时间离散化：使用时间步长Δt，将时间进行离散化。
3.更新电场：根据麦克斯韦方程组的电场更新公式，根据磁场的值更新电场的值。
4.更新磁场：根据麦克斯韦方程组的磁场更新公式，根据电场的值更新磁场的值。
5.边界条件：设置适当的边界条件，如吸收边界条件、周期性边界条件等。
6.重复步骤3-5，直到模拟结束。
二、步骤：使用FDTD方法进行模拟一般可分为以下步骤：1.设定计算区域的大小和网格划分，根据模拟需求确定网格节点数和间距。
2.初始化电场和磁场，设置初始场分布。
3.根据模拟需求设置时间步长Δt，以及计算的总时间或模拟步数。
4.迭代更新电场和磁场，按照FDTD的原理进行计算。
5.设置边界条件和吸收边界条件，确保计算区域的边界不会对计算结果产生影响。
6.输出结果，根据需求选择输出电场、磁场以及网格中其他物理量的数值。
7.模拟结束。
三、参数设置：在使用FDTD方法进行模拟时，一些重要的参数需要进行合理的设置，以保证模拟结果的准确性和稳定性：1.网格分辨率：根据模拟的需求和计算资源，设置合适的网格划分和节点数，以充分捕捉到目标问题的细节。
2.时间步长：时间步长Δt决定了模拟的时间分辨率，需要根据模拟的频率范围和计算精度要求设置。
3.边界条件：选择适当的边界条件，可以是吸收边界条件、周期性边界条件等，以避免计算区域的边界对计算结果的影响。
(完整版)FDTD_Solutions高级培训
> ?size(x);
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Scripting: Mathematics
Simple Mathematics (plot a 2D gaussian) > x=linspace(-10,10,500); > y=linspace(-10,10,500); > X = meshgridx(x,y); > Y = meshgridy(x,y); > ?size(x); > ?size(X); > E = exp(-X^2/9 – Y^2/4); > image(x,y,E,”x”,”y”,”test 2D image”);
▪E = exp(-X^2/9 – Y^2/4); ▪E has size n by m
x1 x2 x3 … xn
y
x1 x2 x3 … xn x1 x2 x3 … xn ……………
x1 x2 x3 … xn
y ym ym ym … ym
……………
y3 y3 y3 … y3 y2 y2 y2 … y2 y1 y1 y1 … y1
▪ Understand how to obtain incoherent, unpolarized results with FDTD ▪ Understand the capabilities of parallel FDTD Solutions ▪ Learn how to setup a parallel simulation ▪ Study a CMOS image sensor design
FDTD_solutions操作案例1
以上面图像为例子，设置时只需要设置一个周期，然后将边界设为周期结构即可。
1.打开fdtd软件
2.单击structures设置结构。
3.选中物体单击右键设置参数。
给结构命名，x,y,z确定结构在各个方向上的范围。
5设置选中结构的材料，如果material里有想要的材料直接选中即可，没有的可以通过查询，将其折射率直接输入到index中。
6.当结构重叠时，可勾选下面按钮，设置重叠部分的优先性，数字越小优先性越高。
7.设置基底上的光栅结构，先设置下层Al。
8.设置中间层PMMA
9.设置上层Al
10.单击Simulation选中region设置模拟区域。
Geometry设置单元结构参数，一般选取一个周期即可，所以X span和Y span就是周期，然后在boundary conditions中将x，y都选为periodic。
点击OK.
11.在Source中选取plane wave，genaral中入射方向改为向下入射，geometry中X span和Y span选取的要比周期大，Frequency/wavelength中改变入射波长范围。
12.在Monitor中选取frequency domain field and power探测器。
勾选第一项，将frequency points变为200，将探测器放于光源上方探测反射率。
还可以在选取一个探测器放于下方探测投射，一次模拟可以放入多个探测器。
13.结构设置完成之后，点击RUN，运行，待运行完毕后，选择对应的探测器，可以看出探测到的结果。
FDTDSolution入门
FDTDSolution⼊门FDTD_getting_started翻译配合FDTD_getting_started看1.介绍⽤FDTD Solutions进⾏模拟是很简单的。
⾸先，创建⼀个FDTD Simulation Project⽂件（扩展名为*.fsp）。
它包含了关于物理结构，光源，监测器，模拟参数的细节。
保存这个⼯程⽂件然后运⾏模拟。
运⾏完后，结果数据会加到fsp⽂件，⽤于分析。
模拟的通常步骤如下图所⽰。
在接下来的章节中有更详细的描述。
1.1什么是FDTD？时域有限差分⽅法已经成为⽬前最新的在复杂⼏何条件下解决麦克斯韦⽅程的⽅法。
它是⼀个完全的⽮量⽅法，既给出时域也给出频域的信息，它给电磁学和光⼦学的所有类型问题都提供了独特的视⾓。
这个⽅法在空间和时间上都是离散的。
电磁场和⽬标结构材料都在⼀种⽤所谓的Yee元胞组成的独⽴的⽹孔中来描述。
麦克斯韦⽅程在离散的时域中解决，所⽤时间步长和光通过⽹孔尺⼨所⽤时间有关。
当⽹孔⼤⼩趋于零时，这个⽅法确切的描述了麦克斯韦⽅程。
供模拟的结构可以有各种各样的电磁材料特性。
多种源可以加⼊到模拟中，连续迭代（重复）可以使电磁场随时间传播。
⼀般的，模拟运⾏后会直到在模拟区域基本上没有电磁场剩下才停⽌。
时域信息可以在任何空间点被记录。
这些数据可以在模拟的时候记录下来，也可以作为⼀系列快照在任何⽤户定义的时间记录下来。
任何空间点的频域信息可能可以通过对该点时域信息的傅⾥叶变换得到。
因⽽在⼀个简单的模拟中得到的基于能流和模型⽂件的频率可能分布在很⼴的频率范围。
另外，FDTD获取的近场结果可能被转成远场的，这对于研究散射是很重要的。
1.2第⼀步：创建物理结构版图编辑器（图略）⽤Structures列表创建⼏何结构。
他们的特性⽤EDIT编辑。
⼯具栏，在左边。
⽤Aligning按钮安排对象的位置。
材料特性：可⾃⾏定义或从数据库中选择。
1.3第⼆步：设置模拟区域和时间⽤ADD SIMULATION REGION设置：模拟区域，其⼤⼩和位置，⽹格精度，合适的边界条件。
微纳光子学设计分析软件FDTD Solutions专题资料集锦(二)
要用高精度,等结果看起来还可以, 再用细网格作收敛试验, 因为无论如
何离散的计算都是有误差的, 当用高精度得到一个比较一致的结果时, 说明仿真设置正确, 结果可靠. 注意, 因为不同材料内的最短波长不同, 因此网格粗的精度不一定低. 最低精度是细网格的地方, 假设是其材料 内最短波长的十分之一, 其它地方的网格一定比其最短波长的十分之一 还要小, 以保证最低精度波长的十分之一
磁场脉冲全部通过器件？§检查所用网格精度或override能否分辨器件的细
节§检查结构是否有高级衍射? Transmission直接给出的是总透过率一般模 拟结果与文献结果大致类似，即表示基本设置几乎没有错误，但要得到完全
一致的结果，做收敛性试验，
关于mesh的问题，附件grating1是让软件自动生成mesh，并且将精度调整为8
要分辨细节，添加mesh是正确的选择。但是你现在选用了均匀网格，均匀网 格的划分是从某个角落开始的，而且你设定的网格大小不一定正好均分post ，当然它就不可能是对称的。如果你希望对称，你可以在FDTD／Advanced， 选force symmetric x或者Y、Z，根据你的需要。不过，看来你是需要在Z方
微纳光子学设计分析软件 FDTD Solutions专题 资料集锦（二）
更新时间：2015-1-6
以下是小编整理的一些有关微纳光子学设计分析软件FDTD Solutions专题
资料（二）,其中包括了有关软件FDTD Solutions常见问题及解答。有关文档 的下载，可以到研发埠网站的专题模块，输入相应的专题名，搜索到相应的
专题便可以找到相应的文档，或是到研发埠网站的版块输入相应的文档名查找。
常见问题及解答：
使用 FDTD Solution怎么算45度和-45度的透射率？怎么计算相位差？
微纳光子学设计分析软件FDTD Solutions专题资料集锦(四)
Numerical study of natural convection in porous media (metals) using Lattice Boltzmann Method (LBM).pdf 自然对流多孔介质(金属)用晶格玻尔兹曼方法加快的数值研究 A thermal lattice BGK model with doubled populations is proposed to simulate the two-dimensional natural convection flow in porous
金属/半导体核壳结构电浆子模式研究
The symmetry-broken geometry and variation of metal composition of semishells induce new plasmonic properties. A system of separated
metallic semishells embedded in a poly(dimethylsiloxane) polymer
and porosity on the natural convection are examined. Also the
effect of porous media configuration (shape) on natural convection is investigated. The results showed that the overall heat transfer
structure obtained by spinodal decomposition. Its optical response
was investigated both experimentally and theoretically. Our results show that this structure has interesting optical properties due to the existence of only short-range order and the lack of welldefined local structures.
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F D T D S o l u t i o n入门-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
FDTD_getting_started翻译
配合FDTD_getting_started看
1.介绍
用FDTD Solutions进行模拟是很简单的。
首先，创建一个FDTD Simulation Project文件（扩展名为*.fsp）。
它包含了关于物理结构，光源，监测器，模拟参数的细节。
保存这个工程文件然后运行模拟。
运行完后，结果数据会加到fsp 文件，用于分析。
模拟的通常步骤如下图所示。
在接下来的章节中有更详细的描述。
1.1什么是FDTD？
时域有限差分方法已经成为目前最新的在复杂几何条件下解决麦克斯韦方程的方法。
它是一个完全的矢量方法，既给出时域也给出频域的信息，它给电磁学和光子学的所有类型问题都提供了独特的视角。
这个方法在空间和时间上都是离散的。
电磁场和目标结构材料都在一种用所谓的Yee元胞组成的独立的网孔中来描述。
麦克斯韦方程在离散的时域中解决，所用时间步长和光通过网孔尺寸所用时间有关。
当网孔大小趋于零时，这个方法确切的描述了麦克斯韦方程。
供模拟的结构可以有各种各样的电磁材料特性。
多种源可以加入到模拟中，连续迭代（重复）可以使电磁场随时间传播。
一般的，模拟运行后会直到在模拟区域基本上没有电磁场剩下才停止。
时域信息可以在任何空间点被记录。
这些数据可以在模拟的时候记录下来，也可以作为一系列快照在任何用户定义的时间记录下来。
任何空间点的频域信息可能可以通过对该点时域信息的傅里叶变换得到。
因而在一个简单的模拟中得到的基于能流和模型文件的频率可能分布在很广的频率范围。
另外，FDTD获取的近场结果可能被转成远场的，这对于研究散射是很重要的。
1.2第一步：创建物理结构
版图编辑器（图略）
用Structures列表创建几何结构。
他们的特性用EDIT编辑。
工具栏，在左边。
用Aligning按钮安排对象的位置。
材料特性：可自行定义或从数据库中选择。
1.3第二步：设置模拟区域和时间
用ADD SIMULATION REGION
设置：模拟区域，其大小和位置，网格精度，合适的边界条件。
模拟区域的大小：在包含所需模拟的区域的情况下尽可能小，减少模拟时间。
网孔精度：一般开始设为1或2，可以快很多。
一般的，网孔间距设为小于最高折射率材料中波长的1/10。
对于波长量度的结构，要减小网孔间距。
边界条件：通常有吸收边界条件，周期性边界条件，金属边界条件。
PML 可以用作吸收边界条件。
对称和非对称边界条件可能永远某些对称问题中减小模拟区域。
布洛赫边界条件可以用于光子能带结构计算。
模拟时间
模拟时间可以设长点，场衰减到接近0时，软件会自动停止模拟。
经验上，模拟时间为光通过模拟区域所需最大时间的两倍。
t>2nL/c。
n为材料最高的折射率。
1.4第三步：源
用SOURCES添加辐射源。
源类型：
点光源
高斯光源和平面波源可用于变形表面和纳米粒子衍射研究。
总场散射场源TFSF 粒子衍射。
总场区计算所有场（入射和衍射），TFSF边界外区域只计算衍射场。
模式光源用于波导、集成光路。
外来光源其他光学系统设计工具光源。
1.5第四步：定义监视器
监视器用来记录电磁场之后的绘图和数据分析。
根据不同的应用和需要可以使用不同类型的监视器。
除了基本的监视器，还可以创建复合的监视器（分析组）。
监视器种类
Index monitors允许用户观看和分析模拟区域内结构的折射率的实部和虚部。
时间监视器记录和保存模拟时用户规定的点的间隔一定时间电磁场的值。
它可以是一个点，线段，平面或立体。
Movie monitor 记录场的变化。
频域场描述监视器记录一定频带宽度的稳定频率响应。
频域功率监视器和频域场描述监视器差不多。
测的是能流。
1.6第五步：运行模拟
创建完模拟对象后，保存文件，在SIMULATION菜单选择RUN FDTD。
内存要求：SIMULATE菜单/CHECK MEMORY REQUIREMENTS. 内存取决于网孔数量和监视器数量，越多需要内存越大。
检查材料是否合适：检查材料性质是否正确和适当。
在工具栏中或SIMULATION选项。
模拟的实际用时：软件在Run Dialogue Box中估计实际用时。
要减少用时可以增加所用的计算机核心数目或用网络集群计算。
Run Dialogue Box：显示运行任务，剩余时间，进度及每个源的时间包络函数。
1.7第六步：绘制结果和分析数据
模拟中由监视器产生的数据在analysis窗口可以看到。
它和script file editor 共享窗口。
左下角可以切换两个窗口。
绘制数据图：根据监视器可以画出标准的x-y数据图。
输出绘图数据：Export得到监视器数据的文本文件。
远场分析：频域模拟器获取的近场结果可以转为远场，并绘制保存。
用编程得到更好的分析：编程语言比图像分析窗口可以更好的分析数据。
1.8第七步：回到布局编辑器
如果需要对物理结构进行修改，需要回到布局编辑器，可以在上面菜单选
择Simulation/Switch to layout editor，或者在左下角按SWITCH TO LAYOUT MODE 按钮。
此时结果数据会丢失，要保存的话先在文件菜单里选择另存为。