FDTD Solutions 初学者:如何设置

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初学者
入门指南

#1

对于FDTD Solutions 初学者来说,一开始接触软件,不知如何设置,这是常见的。一般我们推荐先看视频:
https://www.lumerical.com/cn/support/webinars/videos/
选择FDTD Solutions下面的题目: FDTD Solutions Introductory Webinar
然后再学习两个入门例子https://kb.lumerical.com/cn/index.html
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https://kx.lumerical.com/t/lumerical-university/8425

总结起来,应该有四个步骤,缺一不可:

  1. 设置几何形状并赋材料性质

  2. 设置仿真区、选择网格精度和边界条件

  3. 添加合适的光源,修改光谱范围

  4. 添加合适的监视器
    至此,仿真文件就建好了,可以保存起来。
    在运行之前,需要做几个检查:
    1:检查几何形体是否如预期,可以使用折射率监视器查看;
    2:检查材料特性,点金这个图标,在仿真光谱范围内,拟合的色散曲线是否光滑,材料特性直接决定仿真结果的精确度。
    例如参见这个帖子
    3:检查内存需要,点击这个图标。如果内存需要超过计算机可用内存,必须修改文件的设置,例如Disable不必要的监视器、降低网格精度或增加细化网格尺寸大小、减少频域监视器检测的频率点数利用对称性边界条件等。

如何设置仿真区大小?
按照步骤,设置完物体和材料后,添加仿真区,一般来说软件自动给出仿真区。对于周期方向,仅仿真一个周期,只要在相应方向的仿真宽度给出就可以,PML离开物体(折射率变化的地方)半个波长就可以了。

如何选择边界条件?
求解麦克斯韦方程必须有合适的边界条件。周期边界不言而喻,PML是最常用的。在半无限大的方向一般可以用PML。其它高级边界条件,例如对称性边界条件,可以熟练后再使用。

如何设置仿真时间?
对光学波段,使用缺省的1000飞秒就可以。对于太赫兹或者微波,需要适当加长。可以在光源光谱那里查看是否太短,如果光谱不正确,时间脉冲不完全。由于这个脉冲是光源位置的,它需要一定的长度传播到仿真区的另一端。一般应该比较长,其长度由设置的仿真时间决定。

结束仿真有几个方法?
正常情况下有两个方法,一是auto shut off min 达到指定数值;二是仿真达到了指定的仿真时间。一般应该由前者结束仿真,此时进程显示小于100%。个别情况,例如高Q仿真按第二种方法结束。
非正常结束:点击 Quit and Save; Quit & don’t save; Force quit.

怎么知道仿真结束的时间是合适的?
一般情况下仿真在小于100%结束就是正常的。可以察看一些监视器的结果,例如透射率反射率,如果没有反常的数据,例如大部分结果为正个别地方为负(错误!)就可以。有时可以见到结果曲线有不规则的波纹,很可能是仿真时间不够或者PML太近造成的。

应该选什么监视器?
根据项要提取的结果,添加合适的监视器。一般建议添加至少一个时间监视器,以便仿真结束时的场信号情况(或者要分析频谱);虽然是时域仿真,通常用户希望得到频域结果,例如透射率和反射率,此时应该添加 frequency domain power monitor。 index 监视器一般用来检查所设置的解噢股是否正确,检查完毕可以Disable。movie 监视器一般用于了解场的时间变化过程,初学者可以不用。


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