FDTD快速入门之Lumerical脚本语言Pickup（三）结构(Structure)搭建

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前言

这一篇我们来介绍一下如何搭建一个物体的仿真模型(Structure)。FDTD solution中的仿真模型包含两个核心部分：材料(material)和几何结构(structure)。通常用包含吸收参数的材料的复折射率控制material属性，而用3D模型参数控制structure属性。下面介绍几种常用的structure。

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一、（长方体）矩形（Rectangle）

一个典型的矩形结构可以由如下代码生成：

addrect;
set("name","rect");#名称                   
set("material","SiO2 (Glass) - Palik");#材料
set("render type","wireframe");   # 渲染方式：线框，减小显卡压力
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",1e-6);#设置x方向宽度
set("y span",1e-6);#设置y方向宽度
set("z max",1e-7);#设置z方向最大值
set("z min",-1e-6);#设置z方向最小值
set("first axis","x");#设置第一转轴
set("rotation 1",45);#设置第一旋转角

效果如下：

下面详细介绍每段代码的用途：
addrect：随机生成一个一定大小，材料为一定折射率介电材料的矩形模型。
set(“name”,“rect”)：名称。设定矩形的名称为“rect”
set(“material”,“SiO2 (Glass) - Palik”)：材料——这里的材料必须是材料库中存在的，且必须按照材料库中原有的名字命名。设定矩形的材料为二氧化硅
set(“render type”,“wireframe”)：渲染方式——有detailed和wireframe两种，系统默认为detailed，如有需要，可改为wireframe。设定矩形的渲染方式为线框
set(“x”,“0”)：中心坐标(x轴)，类似地还可设置y和z的中心坐标。设定矩形的中心坐标（x轴）为0
set(“x span”,“1e-6”)：x轴向宽度（或范围），类似地还可设置y和z的轴向宽度。设定矩形的x轴向宽度为1e-6，即1微米
set(“z max”,“1e-7”)：z方向最大值，类似地还有z min、x max、x min、y max、y min。设定矩形的z方向最大为1e-7，即100纳米
set(“first axis”,“x”)：第一转轴。设定矩形的第一转轴(first axis)为x轴
set(“rotation 1”,45)：绕第一转轴的旋转角。设定矩形绕x轴的转角为45°

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二、多边形柱体（Ploygon）

1.多边形柱

一个典型的多边形结构可以由如下代码生成：

um=1e-6;
nm=1e-9;
vtx=[2,0;1,1;-1,1;
     -2,0;-1,-1;1,-1]*um;  #向量组
addpoly;
set("name","poly");#名称
set("index",1.5);#折射率
set("vertices",vtx);#控制向量组
set("x",0.5*um);#中心坐标
set("y",1*um);
set("z",-0.5*um);
set("z span",0.4*um);#z方向宽度

效果如下：

与矩形相同的部分我们不作过多介绍，这里只介绍和矩形不同的部分：
addpoly：添加一个参数随机的多边形结构。
set(“index”,1.5)：折射率。多边形材料为介电材料，折射率为1.5
set(“vertices”,vtx)：向量组。设置多边形的xy面二维形状，由传入的向量组vtx中的参数控制

关于vtx中的参数解释：
vtx是一个n*2的矩阵，每一行都是多边形上一个顶点的相对坐标，以设置的"x",“y”,"z"参数作为相对坐标原点，按在矩阵中的顺序顺次连接成多边形。

2.三角形柱

一个典型的三角形柱体结构可以由如下代码生成：

um=1e-6;
nm=1e-9;
vtx=[3,0;0,4;-2,0]*um;  #向量组
addtriangle;
set("name","triangle");#名称
set("index",1.5);#折射率
set("vertices",vtx);#控制向量组
set("x",0.5*um);#中心坐标
set("y",1*um);
set("z",-0.5*um);
set("z span",0.4*um);#z方向宽度

效果如下：

多边形生成代码和三角形生成代码基本一致，这里不作过多介绍。

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三、（椭）圆柱体（Circle）

一个典型的（椭）圆柱体结构可以由如下代码生成：

um=1e-6;
nm=1e-9;

addcircle;
set("name","circle");
set("material","Au (Gold) - Palik");
set("x",0);
set("y",0);
set("z",0);
set("z span",400*nm);
set("radius",600*nm);#半径/x轴半径
set("make ellipsoid",1);#生成椭圆
set("radius 2",800*nm);#y轴半径

效果如下：

同样的，这里只对和矩形结构生成代码不同的部分作一些说明：
set(“radius”,600*nm)：半径/x轴半径。若是圆柱体，radius为圆的半径；若是椭圆柱体，radius为椭圆在x轴方向的半轴长（可能是长半轴或短半轴，由radius和radius的相对大小决定）。这里表示椭圆短半轴为600nm
set(“make ellipsoid”,1)：生成椭圆。“make ellipsoid”可取两个值：0和1。其中，0表示生成的为圆柱体，1表示生成椭圆柱体（也可以认为1是enable椭圆参数radius 2，为0则radius 2被disable，只生成半径为radius的圆柱）。这里参数为1表示生成一个椭圆柱体。
set(“radius 2”,800*nm)：y轴半径，椭圆的第二半轴长。生成一个第二半轴长为800*nm的椭圆柱体。

四、（椭）球体（Sphere）

一个典型的（椭）球可以由如下代码生成：

um=1e-6;
nm=1e-9;

addsphere;
set("name","sphere");
set("index",1.5);
set("x",0);
set("y",0);
set("z",0);
set("radius",200*nm);#半径/x轴半径
set("make ellipsoid",1);#生成椭球
set("radius 2",400*nm);#y轴半径
set("radius 3",2*um);#z轴半径

效果如下：

球体的代码和椭圆柱的代码十分相似，区别仅在于多了一个第三半径（radius 3）（事实上是控制了z轴方向的大小），这里不作过多说明。

五、圆环（体）（Ring）

一个典型的圆环柱体可以由如下代码生成：

um=1e-6;
nm=1e-9;

addring;
set("name","ring");
set("index",1.5);
set("x",0);
set("y",0);
set("z",0);
set("z span",600*nm);
set("outer radius",400*nm);#外圆半径
set("inner radius",200*nm);#内圆半径
set("theta start",0);#起始角
set("theta stop",135);#终止角

效果如下：

柱体默认以xy平面作底面，z轴方向宽度作高。关于环柱体参数控制的详细说明可参考注释部分

六、角椎体（Pyramid）

一个典型的角锥体可以由如下代码生成：

um=1e-6;
nm=1e-9;

addpyramid;
set("name","pyramid");
set("index",1.5);
set("x",0);
set("x span bottom",600*nm);#梯形下底长（x轴向）
set("x span top",100*nm);#梯形上底长（x轴向）
set("y",0);
set("y span bottom",400*nm);#梯形下底长（y轴向）
set("y span top",200*nm);#梯形上底长（y轴向）
set("z",0);
set("z span",600*nm);

效果如下：

其中参数"x span bottom"、“y span bottom”、“x span top”、"y span top"分别控制该角锥体下、上底面的矩形大小。