什么是OptiFDTD以及FDTD
OptiFDTD是一款功能強大，高度集成，用戶友好的軟件，可以對高級無源光子器件進行計算機輔助設計和仿真。OptiFDTD是基于有限時域差分法（FDTD）的軟件。FDTD方法已成為集成衍射光學器件仿真的有力工程工具。該方法直接求解麥克斯韋方程，沒有預處理假設，允許FDTD模擬定義幾何體，光源和探測器，同時可以模擬傳播，散射，衍射，反射，偏振效應。它還可以模擬材料各向異性和色散，而無需對場行為進行任何假設，例如緩慢變化包絡近似方法。FDTD能夠?qū)崿F(xiàn)有效且強大的仿真能力，并對具有非常精細結構細節(jié)的亞微米器件進行分析。亞微米級表示高度的光限制，并且相應地，在典型的器件設計中使用的材料的折射率差異大，這是使用其他數(shù)值方法無法解決的限制。
FDTD依賴于求解域的空間和時間的離散化。耦合的電磁場沿著由Yee單元組成的網(wǎng)格進行離散化。磁場和電場分量以交錯的方式定位在每個單元的邊緣上。 通過計算立方體的相對邊緣上的兩個場分量之間的有限差分，可以獲得場的空間導數(shù)的二階近似。有限差分法同樣用于近似場的時間導數(shù)。用于計算和更新每個時間步的電場和磁場的模擬空間的算法稱為Yee算法。當空間和時間步長趨于零時，計算問題的解的精度應收斂。這種增加的準確性是以完成模擬所需的時間和存儲模擬所需的內(nèi)存為代價的。
模擬網(wǎng)格中的每個單元表示具有設置材料屬性的小體積。 OptiFDTD中的材料可以是多種類型：
各向同性和對角各向異性電介質(zhì)
使用Drude，Lorentz或Lorentz-Drude模型的色散材料
完美導體
非線性材料（2階，3階或者拉曼）
除了這些材料之外，F(xiàn)DTD模擬還需要定義光源和探測器，以便可以將功率注入到網(wǎng)格中，并且可以監(jiān)視場域。光場可以保存為時變域或者使用離散傅里葉（DFT）轉(zhuǎn)換為頻域。
OptiFDTD工作流程
使用OptiFDTD創(chuàng)建和運行FDTD模擬可以使用以下4個主要程序來完成：
OptiFDTD Designer-OptiFDTD主要程序。從這里，您可以創(chuàng)建新設計、設置模擬參數(shù)、編寫腳本和啟動模擬。數(shù)據(jù)保存在擴展名為.fdt的項目文件中。
OptiFDTD Simulator-從設計器運行模擬并處理.fdt文件中的項目文件。在Desinger中執(zhí)行模擬時自動打開。模擬結果存儲在擴展名為.fda的文件中。
OptiFDTD Analyzer-使用OptiFDTD Analyzer（.fda）加載并分析生成的結果文件。包含廣泛的查看選項、分析和后處理功能，并具有將數(shù)據(jù)導出為其他文件格式的功能
一個典型的FDTD仿真設計順序可以定義為：首先定義仿真域大小，然后定義仿真中使用的材料和輪廓，然后創(chuàng)建組成仿真的對象、光源和探測器，運行仿真，最后分析結果。使用OptiFDTD進行的典型模擬的工作流程如下所示。
OptiFDTD應用領域
• 介電質(zhì)光柵和金屬光柵
• CMOS傳感器設計
• VCSEL激光無源設計
• 光子晶體
• 集成光學
• 光學濾波片和諧振腔
• 太陽能電池
• LED和OLED無源設計
• 納米光刻
• 等離子體
• 表面等離子體諧振
• 納米粒子模擬
• 衍射微光學元件
• 皮膚散射模擬
利用光子晶體結構模擬T型分支光場
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