FDTD-solutions-经典问题集

加拿大Lumerical上海海基盛元赵海军[e-mail]136-4166-4322QQ技术群：2783007381加拿大Lumerical微纳光学软件FDTDSolutions经典问题集赵海军Email：[e-mail]：13641664322基于时域有限差分法（FDTD）的高性能多处理器麦克斯韦方程求解软件，可用于纳米光学器件、过程和材料的设计、分析和优化。1.FDTDSolutions概述FDTDSolutions是一款高性能三维麦克斯韦方程求解软件，能够用来分析波长尺度特征的复杂结构与紫外、可见和红外辐射的相互作用。通过其特有的多系数材料建模功能，FDTDSolutions能够准确地模拟宽波长范围内的材料色散，因而用户能够高效率地计算器件在很宽谱带内的响应。其高度优化的计算引擎能够充分利用多核计算系统--从笔记本电脑到高性能计算集群，以及内置的优化模块能加速优化纳米光学器件，FDTD的Solutions是光电子设计行业专业工程师和科学家的首选。2.使用FDTDSolutions主要功能可以进行虚拟原型的试制，从而降低昂贵的物理原型试制；可以充分利用最先进的计算系统进行大量的设计评估；可以方便客户快速的运用，从而提高生产力。3.FDTDSolutions主要特点自适应网格技术—内存需要小超短的脉冲光源—仿真速度快共形网格技术—仿真精度高Bloch边界条件—斜入射平面波多系数材料模型及其显示—高精度材料特性集成性：一款软件不拆分，充分发挥FDTD的全部功能FDTD8.5可以添加几乎任意材料–各种非线性（泡克尔，克尔，磁光等）–增益饱和材料–时变材料加拿大Lumerical上海海基盛元赵海军[e-mail]136-4166-4322QQ技术群：2783007382强大的文本程式脚本语言自动视频输出同时获得时域数据（实数）和频域数据（复数）！包含优化模块包含共形网格技术在内的高级网格算法任意旋转的模式分解监视器模式光源可以任意旋转直观的视觉化工具……4.FDTDSolutions主要应用加拿大Lumerical上海海基盛元赵海军[e-mail]136-4166-4322QQ技术群：2783007383FDTDSolutions用于解决各种各样的应用，涉及光的散射、衍射和辐射传播，如：FDTDSolutions已经用于许多工程问题，部分如下：CMOS图像传感器像素为了降低数字摄像系统成本，CMOS像素尺寸不断减小，随之而来的问题是信噪比的相应减少以及像素串扰的增加。了解更多信息(EN)⇒太阳能薄膜电池薄膜硅太阳能电池表面上的金属纳米粒子阵列能够极大地提高对太阳能的吸收。了解更多信息(EN)⇒固体照明LED的亚波长纹理结构增加光萃取效率，但需要像FDTDSolutions这样的软件工具来优化LED的微结构。了解更多信息(EN)⇒5.重要资料索引软件官方网站：版最新简介：版最新介绍：版最新介绍：版最新介绍：加拿大Lumerical上海海基盛元赵海军[e-mail]136-4166-4322QQ技术群：2783007384Q1：电场分布图中右边标尺上的数字的意义是什么？A：这个要看你在Visualier里怎么设置了，如果是缺省设置，它是总电场的绝对值，即sqrt(Ex^2+ey^2+ez^2)。你可以在里面设置看绝对值、强度、某分量的实、虚部，位相等。Q2：如何模拟太阳光谱？我觉得即使用太阳光谱计算材料的反射或吸收光谱，与用平面光源计算的结果是一样的。因为某一波长吸收率是材料吸收的光功率与入射的光功率之比。不知对不对？A：一般的测量都是相对测量，因此仿真也用相对测量。“相对”就是与光源的光谱具体分布没有关系。太阳光谱在一天内是有变化的，目前常用的有两个模型。Q3：FDTDSolutions是如何来求得色散材料的ε和σ的？A：请大家参考：：为什么100微米厚的玻璃的透射率计算为0?用的是加拿大Lumerical上海海基盛元赵海军[e-mail]136-4166-4322QQ技术群：2783007385Objectdefineddielectric，index1.5；glassindex1.5，glassSiO2。A：这个是因为仿真时间太短。对于有玻璃的模拟，玻璃的厚度要取多少合适?有点厚度就可以了，玻璃太薄了会出现干涉条纹。Q5：周期性边界条件是否只能针对一个物体,还是几个物体都可以?A：这个并不限制，只要你的结构是这样，就可以，注意仿真只需要一个周期。Q6：使用FDTDSolution怎么算45°和-45°的透射率？还有怎么计算相位差？加拿大Lumerical上海海基盛元赵海军[e-mail]136-4166-4322QQ技术群：2783007386A：（1）设置光源的入射角为你想要的角度；（2）当你获得Ex、Ey、Ez之后，可以使用“angle”获得相位差分布：ex_phase=angle(Ex)，其它类似，但要注意：FDTDSolutions软件直接获得的结果是个四维的矩阵：x,y,zandf，而你想要的应该是1D的Q7：光源的纵坐标代表什么意思（下图的纵坐标）A：前面两个是光谱分布，纵坐标是相对强度，最大值是1。下面的这个是光源的时间信号，估计你用Zoom了，所以振幅老是负值。Q8：dipole光源和planwave的工作原理是什么呢？加拿大Lumerical上海海基盛元赵海军[e-mail]136-4166-4322QQ技术群：2783007387A：Dipole就是偶极子光源，是在一定的Momentum动量的情况下激发的，因此其实际辐射功率将随周围环境而变；平面波没什么可说的。如果你在时域求解Maxwell方程，一定需要光源这一项，这就是与频域方法不同的地方。Q9：powermonitor中的T和P各代表的含义是？T是光源的实部吗？A：T是用Transmission函数计算出来的透射率，现在放在监视器里直接计算了；不是光源的实部。光源的实部必须看Ex，Ey，Ez才有。P就是总功率密度，分量有Px，Py和Pz，颇印庭矢量。Q10：FDTDSolutions关于并行计算的问题？A：FDTDSolutions支持两类并行计算：分布式并行计算（distributedcomputing）和并发式并行计算（concurrentcomputing）：（1）DistributedComputing：适用于多核/多节点计算机.如果文件很小,可以只用单核/单节点,软件会自动提示.节点之间都是用高性能网络连接的.此时适用于一台物理的(即独立的)计算机；（2）ConcurrentComputing：当需要很多个类似的仿真计算时，可利用这种方式.此时各台计算机之间只需普通网络连接线即可。这时是多台分离式的计算机,每台仍然可以分布式并行计算；（3）前者只需要一个FullLicense即可,后者每台计算机均需要一个EngineLicense.Q11：为什么反射率有大于1的地方？加拿大Lumerical上海海基盛元赵海军[e-mail]136-4166-4322QQ技术群：2783007388A：多数情况是没达到autoshutoffmin就停止运算，或者结构的谐振比较强，达到autoshutoffmin后有些波长的谐振仍然持续。解决办法：增加仿真时间(FDTD/simulationtimes)，同时减小autoshutoffmin(FDTD/advanced)或使用mesh将计算网格进一步细化Q12：一些金属粒子在入射光的激发下，发生表面等离激元谐振，想计算这种情况下的表面电荷分布，不知道FDTDSolution如何计算A：可以计算表面电荷分布，参见docs.lumerical.com/cn_fdtd/user_guide_current_density.htmlQ13:我计算了一个纳米粒子的吸收、消光和散射光谱，我按照例子做完得到的都是光谱图了，要怎么样才能把数据导出来呢？另外光场的分布图能否保存成更加清晰的格式呢？A:导出数据由几种方法:(1)在分析窗口,作图后,下面有一个ExportData,设置文件名后直接点”Export”就记录为TXT文件.(2)用Script里面的Write语句:以上两种方法导出的数据均可以直接阅读(3)用Savedata保存为Script可读的格式,用Loaddata读取,记录时它同时把变量名也记下了,因此Load后,变量名仍然可以使用.(4)也可以将所有变量保存为Matlab直接可读的文件,见加拿大Lumerical上海海基盛元赵海军[e-mail]136-4166-4322QQ技术群：2783007389：我们要计算的文件很多，而我们组现在只购买了一个license，所以不能同时计算，我们想晚上计算：一个计算结束之后，软件可以自动进行下一个计算。这样可以有效地利用软件和我们的时间，请问FDTDSolutions可以实现吗这样计算吗？若可以请问该如何设置？A：（1）你说的是排队计算的问题，FDTDSolutions完全可以做到；（2）具体设置如下：将要计算的文件加到队列里，见Addjob://docs.lumerical.com/en/fdtd/ref_scripts_runjobs.htmlQ15:原本需要用GUI的操作能否都转换成脚本语言，这样我们操作的时候就不需要打开GUI，只在脚本语言里面做修改？假如我们的服务器上装有两个enginelicense，其中一个用户正在使用GUI和一个enginelicense运行程序，那么另外一个用户登录服务器能否通过脚本语言（代替GUI）使用另外一个enginelicense运行程序。A：（1）enginelice