FDTD快速入门之Lumerical脚本语言Pickup（一）序言

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前言

FDTD作为一款功能强大的光学仿真软件，已经广泛应用于纳米光学以及超材料仿真领域。但是就软件本身来说，完全上手还需要一定的时间。并且，鉴于很多微纳光学领域的仿真更适合用脚本完成，所以我写了这个脚本语言系列文章，帮助需要的朋友快速上手FDTD。

一个简单的仿真模型

首先应说明一点，作为Lumerical的主流产品之一，FDTD采用的其实是一种叫Lumerical脚本语言（Lumerical Script Language）的命令语言。这种语言和matlab很相似，很多matlab中的语法都可以直接在Lumerical脚本语言中实现。Lumerical脚本保存在一个扩展名为.lsf的文件中，脚本编辑器在下图中的右边栏。

下面从一个简单的例子开始，介绍FDTD仿真脚本的几个主要组成部分。首先上一个实例：

switchtolayout;

selectall;delete;

nm=1e-9;#纳米单位
um=1e-6;#微米单位

#添加矩形
addrect;
set("name","SiO2");#名称为SiO2                   
set("material","SiO2 (Glass) - Palik");#材料为二氧化硅（玻璃）
set("x",0);#设置x中心点坐标   
set("y",0);#设置y中心点坐标
set("x span",1*um);#设置x方向宽度
set("y span",1*um);#设置y方向宽度
set("z max",100*nm);#设置z方向最大值
set("z min",-1*um);#设置z方向最小值

#添加FDTD仿真区域
addfdtd;
set("dimension",2);#仿真区域为三维区域
set("x",0);
set("y",0);
set("z min",-10*nm);
set("z max",2*um);
set("x span",0.2*um);
set("y span",0.22*um);
set("x min bc","periodic");#设置x方向周期边界条件
set("y min bc","periodic");#设置y方向周期边界条件
set("Mesh type","uniform");#仿真网格为自定义方式
Mesh_size=10*nm;#网格精度10nm
setnamed("FDTD","dx",Mesh_size);
setnamed("FDTD","dy",Mesh_size);

#添加平面波
addplane;
set("injection axis","z");#入射轴与z轴平行
set("direction","backward");#朝向后方入射
set("x",0);
set("x span",0.4*um);
set("y",0);
set("y span",0.4*um);
set("z",1*um);
set("wavelength start",1.5*um);#波长（最小）
set("wavelength stop",1.5*um);#波长（最大）

#添加点监视器
addprofile;
set("name","R");
set("monitor type",1);#点监视器
set("x",0);
set("y",0);
set("z",1.5*um);

#添加时间监视器
addtime;
set("name","time");

run;#运行仿真

#获取结果并分析
select("SiO2");
surface_z=get("z max");
select("source");
source_z=get("z");
select("R");
monitor_z=get("z");
ex=getdata("R","Ex");
R_z=getdata("R","z");
f=getdata("R","f");
f=pinch(f);
lambda=c/f*1e6;
phase=pinch(angle(ex));
phai=phase-2*pi*(source_z+monitor_z-2*surface_z)*f/c;
phai=mod(phai*180/pi,360);
plot(lambda,phai,"lambda um","phase");

这是一段用于验证光从光疏介质入射到光密介质时，反射波中存在半波损失的完整仿真代码。它包含了以下几个部分：

• 仿真结构(structure)
• 仿真区域(FDTD)
• 光源(source)
• 监视器（monitor）
• 仿真结果分析(Analysis)

大致的仿真结果如下：

仿真代码中的关键部分（除了分析模块）我都做了一定的注释，大家可以根据自己的需要结合注释修改代码。关于以上几个仿真模块详细的编写与使用，我们将在后续的文章中介绍。

参考链接

由于本系列文章主要作为入门级的一些介绍，更详细的脚本命令和相关设置还请参考以下链接：
模型：Simulation objects.
脚本命令：Lumerical scripting language - By category.
PS：其他技术相关的具体问题也可在Lumerical官网以及kx论坛上找到。