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Lumerical公司是一家致力于提供光电子设计软件解决方案的国际知名企业。
其旗下的FDTD解决方案是一款基于有限差分时域（FDTD）算法的光学结构仿真软件，被广泛应用于光学通信、光电子器件设计、纳米光学等领域。
在本文中，我们将重点介绍Lumerical的FDTD解决方案在光学结构仿真方面的特点和应用。
1. FDTD算法有限差分时域（FDTD）算法是一种数值求解Maxwell方程组的方法，可以用于模拟光学结构中的电磁波传输、吸收、散射等过程。
FDTD算法是一种非常灵活、高效的仿真方法，能够准确地模拟复杂的光学结构，包括光子晶体、光波导、光栅等。
相比于传统的有限元法（FEM）和有限差分法（FDFD），FDTD算法具有更好的模拟效果和更快的计算速度。
2. Lumerical的FDTD解决方案Lumerical公司推出的FDTD解决方案是基于FDTD算法的一款专业光学结构仿真软件。
该软件集成了强大的仿真引擎和直观的用户界面，可以帮助用户快速、准确地设计和优化光学器件。
与传统的FDTD软件相比，Lumerical的FDTD解决方案具有以下几个突出特点：（1）高性能计算引擎：Lumerical的FDTD解决方案采用了最新的并行计算技术，能够充分利用多处理器和多核心，实现快速、高效的仿真计算。
（2）丰富的模拟功能：该软件支持多种光学模式的仿真，包括线偏振光、圆偏振光、自由空间光波等。
用户可以根据需要进行灵活的设置和仿真，以获取更准确的仿真结果。
（3）直观的用户界面：Lumerical的FDTD解决方案具有简洁直观的用户界面，支持图形化编辑和仿真设置，使用户能够快速上手并进行高效的工作。
3. 应用案例Lumerical的FDTD解决方案在光学结构仿真方面具有广泛的应用，下面将介绍几个典型的应用案例：（1）光子晶体器件设计：光子晶体是一种具有周期性结构的光学材料，在光子学器件中有重要的应用。
利用Lumerical的FDTD解决方案，用户可以对光子晶体的光子带隙、光子波导等性质进行准确的仿真和优化，为器件设计和性能调控提供重要参考。
Sim3D_Max采用在非均匀网格的FDTD算法既可以独立运行，也可以与DIFFRACT无缝结合。
与DIFFRACT配合可以处理在涉及近场交互模式与亚波长结构以及在复杂光学系统的传输问题。
例如在光学存储应用中，Sim3D_Max允许设置纳米级物体结构，从而研究反射或透射，如沟槽、坑和光学磁盘表面凸起。
Sim3D_Max可以将DIFFRACT输出的矢量场作为输入场（实现从激光二极管光源到光学磁盘表面的完整传播），并返回到DIFFRACT的反射光束用于在返回路径的进一步传播，一直到光电探测器。
重要特色：
与DIFFRACTTM波动光学系统模拟软件无缝结合；
平面波、高斯型、双极型、波导以及用户自定义光源；
在2D和3D中支持非一致网格；
PML、PEC、周期性以及Floquet- Bloch的边界条件；
色散、金属和绝缘材料模型；
光学数据存储，半导体光刻技术及检验，光子器件，金属材料等；支持3D模型和GDSII文件输入， 2D和3D输出格式；
支持多核并行计算处理；
支持硬件加速器。
Lumerical Solutions公司FDTD Solutions 7.0版为微纳光学设计提供优化和共形网格化技术2010/10/29/11:27来源：MarketwireMarketwire2010年10月26日不列颠哥伦比亚省温哥华消息——全球纳米光学设计软件供应商LumericalSolutions公司今天宣布，其旗舰产品FDTDSolutions7.0版已经进行了创新性升级。
升级项目包括集成参数扫描分析与优化计算、业内首个面向纳米光学设计的共形网格和一个方便复杂器件设计的扩展仿真元器件库。
Lumerical首席技术官JamesPond博士表示：“FDTDSolutions7.0延续了Lumerical的传统：在易用的电脑辅助设计环境下整合最先进的算法，为突破性创新提供得力设计工具。
FDTDSolutions7.0与非常适用的优化算法相结合，是目前最好的工业级纳米光学设计软件。
设计人员和研究人员现在可以通过评估和优化他们的最佳设计概念来迅速取得进展。
”为优化、计算速度和精确性而设计FDTDSolutions7.0能让终端用户通过其独有的共形网格技术工具，获得更高的计算效率和精度。
在数字成像和太阳能等快速发展的行业，通过采用共形网格技术而获得更高精度的仿真结果，受到越来越多的追捧。
共形网格技术是通过麦克斯韦积分方程对不同介质之间界面的复杂描述，可达到亚晶胞精度。
与其它为低频应用（在这些应用中多数金属接近完美导体）而设计的类似技术不同的是，Lumerical的技术建立在其专有的高精度多系数材料特性拟合上，能精确模拟实际光学器件设计中任意色散介质之间的界面。
加利福尼亚州帕洛阿尔托的博世研究与技术中心高级工程师InnaKozinsky博士表示：“我们使用FDTDSolutions解决薄膜太阳能电池中的光传播问题。
现实生活中的太阳能电池器件相当复杂，包含多层材料，而FDTDSolutions7.0的共形网格使我们能够优化太阳能电池活性层的吸收，而不是手工设置非常精细的网格和分析大量的仿真结果。
纳米光学软件FDTD Solutions一公司及软件简介FDTD Solutions软件由加拿大Lumerical Solutions公司出品。
该公司成立于2003年，总部位于加拿大温哥华。
用户用该公司软件已发表大量高影响因子论文，并被许多国际著名大公司和学术团队所使用。
FDTD Solutions：基于矢量3维麦克斯维方程求解，采用时域有限差分FDTD法将空间网格化，时间上一步步计算，从时间域信号中获得宽波段的稳态连续波结果，独有的材料模型可以在宽波段内精确描述材料的色散特性，内嵌高速、高性能计算引擎，能一次计算获得宽波段多波长结果，能模拟任意3维形状，提供精确的色散材料模型。
二软件特点1 该软件用于下一代光子学产品的精确、多功能、高性能仿真设计。
-精确严格求解3维矢量麦克斯韦方程；-是学术界尖端研究和工业界产品开发，易学易用的设计工具；-及时地充分利用高性能计算技术。
2 该软件可解决具有挑战性关键设计的技术。
-能高效准确地模拟色散材料的难题：独有的多系数材料模型为准确描述色散材料的性质提供了理想的工具；-获得纳米器件设计精确结果需要长时间的难题：及时地充分利用现代计算技术的硬件，提供需要最少代价的最新网格化技术，可解决具有挑战性关键设计的技术。
3 多系数材料模型极大地提高了计算结果的精度-Lumerical 公司独用的技术-–“多系数材料模型(MCMs)” –提供比前述罗伦次-杜德模型超好的拟合。
软件给出拟合曲线和拟合误差；-自动拟合材料色散数据；-用户可以设定系数个数、拟合允差和波长范围；-用户可以自行导入自己的材料、或者选择内置材料库中的材料；4 高性能计算技术-高速计算引擎：优化的源代码：并行计算充分利用多核计算机系统的高性能；-CPU使用的最大化：支持常用的各种操作系统；软件授权许可证与硬件、操作系统无关；-避免不必要的计算：提供各种边界条件；优化的集成设计；高级网格化技术5业界最高级的网格划分-均匀网格-自动优化的渐变网格：根据需要提高网格分辨率-共型网格：通过非常复杂的描述麦克斯维旋度方程技术减少需要精确分辨材料边界（如曲面、薄膜层）的超细网格©所有图片版权均属于Lumerical，您可以直接访问/。
以下是关于FDTD（Finite Difference Time Domain）方法的Matlab代码。
1. FDTD方法简介FDTD方法是一种数值分析电磁场问题的方法，最早应用于求解Maxwell方程组。
该方法的基本思想是将时间和空间分割为离散网格，并利用差分法求解Maxwell方程组。
FDTD方法广泛应用于天线设计、电磁兼容性分析、光学器件仿真等领域。
2. FDTD方法的Matlab代码以下是一个简单的一维FDTD方法的Matlab代码示例：```matlab定义常数c = 3e8; 光速dx = 0.01; 空间步长dt = dx/(2*c); 时间步长初始化场量Ez = zeros(1,1000); 电场Hy = zeros(1,1000); 磁场模拟时间步进for n = 1:1000更新磁场for i = 1:999Hy(i) = Hy(i) + (Ez(i+1) - Ez(i))/(c*dx);end更新电场for i = 2:1000Ez(i) = Ez(i) + (Hy(i) - Hy(i-1))*(c*dt/dx);endend绘制结果figure;plot(Ez);xlabel('空间步长');ylabel('电场强度');title('FDTD方法仿真结果');```3. 代码解释- 代码首先定义了常数c（光速）、空间步长dx和时间步长dt。
- 然后初始化了电场Ez和磁场Hy的空间网格。
- 在时间步进的循环中，首先更新磁场Hy，然后更新电场Ez。
- 最后绘制了Ez随空间步长的变化图。
这是一个非常简单的一维FDTD方法的Matlab代码示例，实际应用中可能会有更复杂的三维情况，需要考虑更多的边界条件和介质性质。
4. FDTD方法的应用FDTD方法在天线设计、电磁兼容性分析、光学器件仿真等领域有着广泛的应用。
通过编写相应的Matlab代码，可以对复杂的电磁场问题进行数值分析，得到定量的仿真结果，为工程设计和科学研究提供重要的参考。
FDTDSolution⼊门FDTD_getting_started翻译配合FDTD_getting_started看1.介绍⽤FDTD Solutions进⾏模拟是很简单的。
⾸先，创建⼀个FDTD Simulation Project⽂件（扩展名为*.fsp）。
它包含了关于物理结构，光源，监测器，模拟参数的细节。
保存这个⼯程⽂件然后运⾏模拟。
运⾏完后，结果数据会加到fsp⽂件，⽤于分析。
模拟的通常步骤如下图所⽰。
在接下来的章节中有更详细的描述。
1.1什么是FDTD？时域有限差分⽅法已经成为⽬前最新的在复杂⼏何条件下解决麦克斯韦⽅程的⽅法。
它是⼀个完全的⽮量⽅法，既给出时域也给出频域的信息，它给电磁学和光⼦学的所有类型问题都提供了独特的视⾓。
这个⽅法在空间和时间上都是离散的。
电磁场和⽬标结构材料都在⼀种⽤所谓的Yee元胞组成的独⽴的⽹孔中来描述。
麦克斯韦⽅程在离散的时域中解决，所⽤时间步长和光通过⽹孔尺⼨所⽤时间有关。
当⽹孔⼤⼩趋于零时，这个⽅法确切的描述了麦克斯韦⽅程。
供模拟的结构可以有各种各样的电磁材料特性。
多种源可以加⼊到模拟中，连续迭代（重复）可以使电磁场随时间传播。
⼀般的，模拟运⾏后会直到在模拟区域基本上没有电磁场剩下才停⽌。
时域信息可以在任何空间点被记录。
这些数据可以在模拟的时候记录下来，也可以作为⼀系列快照在任何⽤户定义的时间记录下来。
任何空间点的频域信息可能可以通过对该点时域信息的傅⾥叶变换得到。
因⽽在⼀个简单的模拟中得到的基于能流和模型⽂件的频率可能分布在很⼴的频率范围。
另外，FDTD获取的近场结果可能被转成远场的，这对于研究散射是很重要的。
1.2第⼀步：创建物理结构版图编辑器（图略）⽤Structures列表创建⼏何结构。
他们的特性⽤EDIT编辑。
⼯具栏，在左边。
⽤Aligning按钮安排对象的位置。
材料特性：可⾃⾏定义或从数据库中选择。
1.3第⼆步：设置模拟区域和时间⽤ADD SIMULATION REGION设置：模拟区域，其⼤⼩和位置，⽹格精度，合适的边界条件。
第一部分简介本入门指南对FDTD Solutions进行初步介绍，并演示如何模拟一些简单的体系。
在涉及电磁辐射在复杂媒介中转播方面的许多应用过程的设计和分析方面，FDTD算法非常有用。
特别适用于描述光线在具有较强散射和衍射特性的物体的入射以及传播。
而其它一些可选择的采用近似模型的计算方法，通常给出的结果不太精确。
FDTD Solutions可用来解决工程方面的许多实际问题，包括：●集成光学器件●显示技术●光学存储设备●OLED 设计●生物光子传感器●等离子体极化声子共振设备●光波导器件●光子晶体的设备●LCD设备FDTD Solutions是一种可处理这方面许多实际问题的可靠、易用、通用的开发工具。
简介部分对FDTD方法进行大概说明，并初步介绍使用方法。
随后是一些范例，并给出建模的每个步骤，这样你就可以建模并进行模拟计算。
1.1 什么是FDTD?时域有限差分（Finite Difference Time Domain：FDTD）法已经成为求解复杂几何体麦克斯韦方程的比较先进的方法。
并且完全以矢量法给出时域和频域方面的信息，有助于对电磁学以及光子学的各种类型的问题以及FDTD的应用有更深入的了解。
该技术在空间和时间上采用离散方式。
电磁场以及结构材料独立的的Yee元胞网格所描述，在时间上采用离散方式解麦克斯韦方程，所选用的时间步长在整个光速范围同元胞大小相关，当元胞大小趋于零时，可得到麦克斯韦方程的严格解。
模拟结构单元材料的电磁特性可以在很大范围变化。
可以将光源加入到模拟中，采用FDTD方法可以计算电磁场是如何从光源通过结构单元的。
在电磁波传播期间采用连续迭代方法进行计算。
通常情况下直到模拟区间没有电磁场存在时，模拟计算过程才停止。
在任何空间点（或点群）均可以记录时域信息。
这类数据既可以在模拟过程记录下来，也可以在用户规定的时间以一系列“快照”的方式记录下来。
同样也可能得到任何空间点（或点群）的频域信息，即通过对该点的时域信息进行傅里叶变换而得到。
FDTD数值仿真软件在光电子技术课程中的应用研究作者：王本新来源：《价值工程》2018年第29期摘要：FDTD 数值仿真软件自2003年由加拿大Lumerical Solutions公司研发以来，由于其兼具精准和可信赖的计算结果。
近年来，该数值仿真软件不仅得到了广大科研工作者的广泛关注和应用，而且在很多高科技企业内部也得到了普遍认可。
然而该数值仿真软件对在校大学生来说是非常陌生的。
本文以江南大学理学院光电子技术课程为例，介绍该数值仿真软件在创新教学与理论操作中的应用，本着扩展本专业学生的科研视野，提升学生的综合素质和竞争力为目的开展本项研究工作。
Abstract： FDTD numerical simulation software has been developed by Canada Lumerical Solutions since 2003. Owing of its accurate and reliable calculation results， in recent years， this software has not only been widely concerned and applied by many researchers， but also widely recognized in many high-tech enterprises. However， this software is very strange for college students. Tasking the optoelectronic technology course of Jiangnan University as an example， this paper introduces the application the numerical simulation software in the innovation teaching and theoretical operation， and carries out this research work in the aim of expanding the scientific research field of the students in this major and promoting the comprehensive quality and competitiveness of the students.关键词：FDTD数值仿真软件；光电子技术；理论实验Key words： FDTD numerical simulation software；optoelectronic technology；theoretical experiment中图分类号：O463+.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）29-0296-02随着科技的迅猛发展，与光电相关的领域得到了快速的发展，而光电领域的快速发展是建立在各式各样结构模型的基础上发展而来的。
