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[Guilin Sun]

这个帖子系根据之前论坛中阅读量最高的帖子改写。

对于首次接触FDTD软件的新手来说，特别是曾经使用过类似的其它软件用户，首次使用Ansys-Lumerical FDTD软件，看到CAD界面众多按钮和功能键，以及官网中冗长的使用指南，感到无从下手；虽然一般建议大家直接根据网上的相关例子，简单修改，逐步学习，但是网上例子和使用指南有些碎片化，即使花了一些时间学习，可能仍然不知如何设置。因此，需要一个提纲挈领性的指南，本贴就是为了此目的而写。（有些连接需要等现有Lumerical指南和例子全部转移后再修改）

总结起来，FDTD仿真文件的设置应该有四个步骤，缺一不可：

1. 设置几何形状并赋材料性质，简单的几何形状在Structures 里面可以找到；再在添加的几何形状上设置材料折射率，一般可以从材料库Mateirals找到
2. 设置仿真区、边界条件，网格精度可以使用缺省（默认）值
3. 添加合适的光源，修改光谱范围
4. 添加合适的监视器

至此，仿真文件就建好了，请将它保存起来，所起的文件名应该有一定的意义，以便以后可以根据文件名判断而不需打开文件检查。

在运行之前，需要做几个检查：

1：检查几何形体是否如预期，可以使用折射率监视器查看；Lumerical 使用Mesh Order而不是布尔运算来处理重叠的几何形状， 参见  Lumerical 不用布尔运算如何设置嵌套结构 （mesh order） 

2：检查材料特性，点击这个图标

，在仿真光谱范围内，检查拟合的色散曲线是否光滑，因为材料特性直接决定仿真结果的精确度。
例如参见 这个帖子 。

3：检查内存需要，点击这个图标 。如果内存需要超过计算机可用内存，必须修改文件的设置，例如Disable不必要的监视器、降低网格精度Mesh Accuracy或增加细化网格尺寸大小、 减少频域监视器检测的频率点数 ， 利用对称性边界条件 等。

但是，一般情况下不要添加粗网格Override来降低内存需求。

如何设置仿真区大小？
按照步骤，设置完物体和材料后，添加仿真区，一般来说软件自动给出仿真区。对于周期方向，仅仿真一个周期，只要在相应方向的仿真宽度给出就可以， PML离开物体 （折射率变化的地方）半个波长就可以了。

如何选择边界条件？
求解麦克斯韦方程必须有合适的边界条件。周期边界不言而喻， PML是最常用的 ，其作用是截断一部分器件（比如基底），仅仿真功能性的部分 。在半无限大和无限大方向一般可以用PML。其它高级边界条件，例如 对称性边界条件 ，可以熟练后再使用。

如何设置仿真时间？
对光学波段，使用缺省的1000飞秒就可以。对于太赫兹或者微波，需要适当加长。可以在光源光谱那里查看是否太短，如果光谱不正确，时间脉冲不完全。由于这个脉冲是光源位置的，它需要一定的长度传播到仿真区的另一端。一般应该比较长，其长度由设置的仿真时间决定。

结束仿真有几个方法？
正常情况下有两个方法，一是auto shut off min 达到指定数值；二是仿真达到了指定的仿真时间。一般应该由前者结束仿真，此时进程显示小于100%。个别情况，例如高Ｑ仿真按第二种方法结束。
非正常结束：点击 Quit and Save; Quit & don’t save; Force quit.

怎么知道仿真结束的时间是合适的？
一般情况下仿真在小于100%结束就是正常的。可以察看一些监视器的结果，例如透射率反射率，如果没有反常的数据，例如大部分结果为正个别地方为负（错误！）就可以。有时可以见到结果曲线有不规则的波纹，很可能是仿真时间不够或者PML太近造成的。

应该选什么监视器？
根据项要提取的结果，添加合适的监视器。一般建议添加至少一个时间监视器，以便仿真结束时的场信号情况（或者要分析频谱）；虽然是时域仿真，通常用户希望得到频域结果，例如透射率和反射率，此时应该添加 frequency domain power monitor。 index 监视器一般用来检查所设置的解噢股是否正确，检查完毕可以Disable。movie 监视器一般用于了解场的时间变化过程，初学者可以不用。

怎么知道仿真设置错误？
如果仿真结果出现违反物理原理，比如透射比入射的功率还大，不应该有高级衍射的确出现了高衍射级等。前者可能说明仿真发散了，后者可能是错误地使用了周期边界条件。

 

[Chih-Hao Chen]

下面做个例子。打开一个全新的FDTD文件，按下了参数修改：

1：设置几何形状并赋材料性质，点击添加Rectangle

 

 

2设置仿真区、边界条件，网格精度可以使用缺省（默认）值

 

3： 添加合适的光源，修改光谱范围

使用缺省的波长范围。其位置修改为y=-0.5um,其它不用改：

4： 添加合适的监视器

 

 

两个监视器的波长、频率点数设置为50个：

再点击添加一个时间监视器。注意修改监视器名字。

保存文件，点击运行，运行结束，用Visualizer同时看这两个监视器，右键点击，选Visualize，选T，点OK，再修改一些参数，得到

 

你试一试看看能否得到如上结果。如果能得到，那就恭喜你了！

[Guilin Sun]

优酷网上的视频：

FDTD Solutions简介与初级教程（上）因故图像不清晰
时间 32:42
连接是 https://v.youku.com/v_show/id_XMTQ3NDY3MjYzMg==.html?spm=a2h0c.8166622.PhoneSokuUgc_1.dtitle

FDTD Solutions 简介与初级教程(下)操作实例 因故图像不清晰
时间46:56
连接是 https://v.youku.com/v_show/id_XMTQ3NDY3ODIyMA==.html?spm=a2h0c.8166622.PhoneSokuUgc_1.dtitle

这里有个英语视频 https://support.lumerical.com/hc/en-us/articles/360045465193-My-First-Simulation-Setting-up-the-Simulation