FDTD快速入门之Lumerical脚本语言Pickup（四）仿真区域FDTD

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前言

前面的文章介绍了如何搭建一个具体物体的几何结构(Structure)。在这篇文章里，我们来聊一聊如何建立仿真区域FDTD。从这篇文章开始，直到后面的分析部分，我们将在同一仿真物体基础上添加FDTD、光源、监视器等仿真模型，以便进行后续的说明。

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一、一个实例

首先，我们用如下的代码搭建一个物体（Structure）的仿真模型：

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

addrect;
set("name","SiO2");  
set("material","SiO2 (Glass) - Palik");
set("x",0);
set("y",0);
set("x span",1*um);
set("y span",1*um);
set("z max",100*nm);
set("z min",-1*um);

addrect;
set("name","Si");                   
set("material","Si (Silicon) - Palik");
set("x",0);   
set("y",0);
set("x span",1*um);
set("y span",1*um);
set("z max",300*nm);
set("z min",100*nm);

addrect;
set("name","etch");                   
set("material","etch");
set("x",0);  
set("y",0);
set("x span",100*nm);
set("y span",1*um);
set("z max",300*nm);
set("z min",100*nm);

大概长这样：

这是一个由硅和二氧化硅构成的光栅结构。下面，我们搭建一个用于分析光波在透过该光栅时发生衍射的FDTD仿真区域，代码如下：

addfdtd;
set("dimension",2);#三维仿真区域
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",0.4*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","auto non-uniform");#仿真网格为自动精度
set("Mesh accuracy",3);#高精度

在这段代码中，有很多是前面的文章中已经出现过的内容，这里不作赘述。我们重点介绍几个和FDTD本身相关的部分：
set(“dimension”,2)：仿真空间维度，“dimension”参数一般有两个值：1和2，其中1表示仿真的区域是二维区域，2表示仿真三维区域。这里设置为2，表示我们仿真的是一个三维区域
set(“x min bc”,“periodic”)：边界条件，根据实际的仿真区域（维度）设置，有"x max bc"，“x min bc”，“y max bc”等多个边界，可选用的边界条件见下表：

边界条件	说明
PML	完美匹配层
Metal	金属边界
Periodic	周期边界
Symmetric	对称边界
Anti-Symmetric	非对称边界
Bloch	适合斜入射
PMC	理想磁导体

关于各种边界详细的说明与使用条件请在Lumerical官网和有关论坛上查找。
set(“Mesh type”,“auto non-uniform”)：网格类型，有“auto non-uniform”、“custom non-uniform”、"uniform"三种可选，一般默认为“auto non-uniform”，若不需更改网格类型，本条代码可不写。这里使用的是默认的自动精度
set(“Mesh accuracy”,3)：自动网格精度，在“auto non-uniform”模式下设置。有1~8一共8个等级，精度随着数字的增大而提高，一般默认为2，不建议太高，容易给CPU带来很大的负担。这里设置为3，属于高精度仿真

二、自定义网格

除了使用系统自动计算的网格，也可以使用自定义精度的网格，代码如下：

addfdtd;
set("dimension",2);#三维仿真区域
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",0.4*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");#仿真网格为自定义精度
setnamed("FDTD","dx",20*nm);#x方向网格精度为20*nm
setnamed("FDTD","dy",20*nm);#y方向网格精度为20*nm
setnamed("FDTD","dz",10*nm);#z方向网格精度为10*nm

这里设置的“dx”、“dy”、“dz”参数即为自定义的网格精度（最小网格大小）。