FDTD solution 思维导图笔记

FDTD solution 思维导图笔记

思维导图：
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视频地址：FDTD solution官方初级入门教学

一、编辑器布局

Materials：选择材料

• etch：折射率为1（即背景的折射率指数）的材料，用于表示刻蚀孔

structures：添加基本结构

可从GDSII或STL格式的CAD文件中导入更复杂的几何图形

Simulation：指定仿真几何形状、仿真时间、网格设置和边界条件

• 常规选项 General

  • 设置尺寸

  • 背景折射率

  • 仿真时间

    • 仿真需要的最长时间段

  • 仿真温度

    • 用于折射率受温度影响的材料

• 几何图形Geometry

  • 设置大小和位置

• 网格设置Mesh settings

  • 网格类型Mesh type

    • 自动非均匀网格（建议）
    • 自定义非均匀网格
    • 均匀网格

  • 网格精度Mesh accuracy

    折射率越高的材料，网格越小，因为高折射率材料的有效波长越小

    • 精度2：标准
    • 精度4或5：高精度

  • 时间步长Time step

    仿真不稳定时，需要较小的时间步长

• 边界条件Boundary conditions

  • PML：最为常用

    • standard：大多数仿真的最佳选择
    • stabilized：遇到数值发散问题时使用
    • steep angle：陡峭的角度入射时使用

  • periodic：模拟周期性结构

    • 平面波源适合当做用于对周期性结构进行模拟时的光源

  • Bloch：光以一定角度入射时使用，在对周期性结构进行模拟时使用

• 高级选项Advanced ptions

Sources：设置光源

• 偶极子光源 Dipole point source

  • 可用于表示点源

• 高斯光束光源 Gaussian beam source（有限大小）

• 平面光源 Plane wave source

  • 通常用于表示入射在周期性结构上的光束

  • Plane wave type

    • Block/periodic（适合法线方向入射，周期性结构）
    • BFAST：允许在宽带波长范围内以恒定的角度注入光（用于周期性结构）

• 全场散射光源 scattered-field source（有限大小）

• 模式光源 Mode source

  • 注入波导或光纤的支持模式

• 自定义 import source

• 全局选项 Global properties

• 选择流程：

Monitors：监视器，用于记录模拟结果

• 折射率监视器：测量结构折射率

  • 可用于检查结构形状

• 时间监视器：测量电场随时间和频域功率的变化

• 频率监视器：推荐使用field and power的那个；测量不同频率下电磁场的各种参数

• 电影监视器

  • 文件会存储到工作文件夹下
  • 动态显示电磁场变化情况

Groups：对结构、源和监视器进行分组并返回自定义结果

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二、案例

案例一：周期性的蚀刻膜

• 基本设置

  • ①建立纳米孔阵列

    • 设置膜
    • 设置衬底
    • 在Object library中设置周期性的刻蚀孔

  • ②设立仿真条件

    • 设置仿真形状、网格设置（控制精度）、边界条件

    • 在模拟周期性结构时，建议使用“steep angle”PML结构（更有效的吸收各个方向来的结构光）；

    • 经验法则：我们希望在PML前面至少有一个均匀材料波长的一半的距离

    • Simulation中添加网格覆盖区域

      • 网格覆盖区用于指定模拟体积中局部区域上的网格步长；
      • 更精细的网格步长可以提升收敛精度

  • ③设置光源

    • 设置光源大小和范围、波长范围

  • ④设置监视器

    监视器可以设置在模拟区域之外，只有模拟区域内的区域数据会保存

    • 设置折射率监视器

      • 设置频率功率监视器以测量反射光谱

        监视器选择Monitors——Frequency-domain field and power;
        把监视器拖动到源的上方来测量反射场

      • 复制得到新的频率监视器，拖动到衬底内测量透射光谱

      • 设置其它监视器

  • ⑤改进：利用结构和源的对称性来减少需要模拟的模拟量

    • 改变Simulation中的边界条件

• 运行前检查

  • 在材料资源管理器中检查材料的配合

    确定模拟的材料准确的描述真实的材料

    • 如何获得更好的拟合？

      • 增加系数数量
      • 虚部拟合不太好：增加虚部比重

  • 从模拟工具栏中的检查按钮检查内存报告

    • 确保有足够内存进行模拟

• 结果分析

案例二：测量入射到光栅上的光的反射量（2D）

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三、快捷键

编辑对象：E

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四、设计工作流

建立仿真

1.运行
2.分析结果
3.根据结果修改设计
4.重新仿真

先用粗精度进行大范围仿真，再用高精度在小范围进行仿真