什麽是OptiFDTD以及FDTD
OptiFDTD是一款功能強大(dà)，高(gāo)度集成，用戶友(yǒu)好的軟件，可(kě)以對高(gāo)級無源光子器(qì)件進行(xíng)計(jì)算(suàn)機輔助設計(jì)和(hé)仿真。OptiFDTD是基于有(yǒu)限時(shí)域差分法（FDTD）的軟件。FDTD方法已成為(wèi)集成衍射光學器(qì)件仿真的有(yǒu)力工程工具。該方法直接求解麥克斯韋方程，沒有(yǒu)預處理(lǐ)假設，允許FDTD模拟定義幾何體(tǐ)，光源和(hé)探測器(qì)，同時(shí)可(kě)以模拟傳播，散射，衍射，反射，偏振效應。它還(hái)可(kě)以模拟材料各向異性和(hé)色散，而無需對場(chǎng)行(xíng)為(wèi)進行(xíng)任何假設，例如緩慢變化包絡近似方法。FDTD能夠實現有(yǒu)效且強大(dà)的仿真能力，并對具有(yǒu)非常精細結構細節的亞微米器(qì)件進行(xíng)分析。亞微米級表示高(gāo)度的光限制(zhì)，并且相應地，在典型的器(qì)件設計(jì)中使用的材料的折射率差異大(dà)，這是使用其他數(shù)值方法無法解決的限制(zhì)。
FDTD依賴于求解域的空(kōng)間(jiān)和(hé)時(shí)間(jiān)的離散化。耦合的電(diàn)磁場(chǎng)沿着由Yee單元組成的網格進行(xíng)離散化。磁場(chǎng)和(hé)電(diàn)場(chǎng)分量以交錯的方式定位在每個(gè)單元的邊緣上(shàng)。 通(tōng)過計(jì)算(suàn)立方體(tǐ)的相對邊緣上(shàng)的兩個(gè)場(chǎng)分量之間(jiān)的有(yǒu)限差分，可(kě)以獲得(de)場(chǎng)的空(kōng)間(jiān)導數(shù)的二階近似。有(yǒu)限差分法同樣用于近似場(chǎng)的時(shí)間(jiān)導數(shù)。用于計(jì)算(suàn)和(hé)更新每個(gè)時(shí)間(jiān)步的電(diàn)場(chǎng)和(hé)磁場(chǎng)的模拟空(kōng)間(jiān)的算(suàn)法稱為(wèi)Yee算(suàn)法。當空(kōng)間(jiān)和(hé)時(shí)間(jiān)步長趨于零時(shí)，計(jì)算(suàn)問題的解的精度應收斂。這種增加的準确性是以完成模拟所需的時(shí)間(jiān)和(hé)存儲模拟所需的內(nèi)存為(wèi)代價的。
模拟網格中的每個(gè)單元表示具有(yǒu)設置材料屬性的小(xiǎo)體(tǐ)積。 OptiFDTD中的材料可(kě)以是多(duō)種類型：
各向同性和(hé)對角各向異性電(diàn)介質
使用Drude，Lorentz或Lorentz-Drude模型的色散材料
完美導體(tǐ)
非線性材料（2階，3階或者拉曼）
除了這些(xiē)材料之外，FDTD模拟還(hái)需要定義光源和(hé)探測器(qì)，以便可(kě)以将功率注入到網格中，并且可(kě)以監視(shì)場(chǎng)域。光場(chǎng)可(kě)以保存為(wèi)時(shí)變域或者使用離散傅裏葉（DFT）轉換為(wèi)頻域。
OptiFDTD工作(zuò)流程
使用OptiFDTD創建和(hé)運行(xíng)FDTD模拟可(kě)以使用以下4個(gè)主要程序來(lái)完成：
OptiFDTD Designer-OptiFDTD主要程序。從這裏，您可(kě)以創建新設計(jì)、設置模拟參數(shù)、編寫腳本和(hé)啓動模拟。數(shù)據保存在擴展名為(wèi).fdt的項目文件中。
OptiFDTD Simulator-從設計(jì)器(qì)運行(xíng)模拟并處理(lǐ).fdt文件中的項目文件。在Desinger中執行(xíng)模拟時(shí)自動打開(kāi)。模拟結果存儲在擴展名為(wèi).fda的文件中。
OptiFDTD Analyzer-使用OptiFDTD Analyzer（.fda）加載并分析生(shēng)成的結果文件。包含廣泛的查看選項、分析和(hé)後處理(lǐ)功能，并具有(yǒu)将數(shù)據導出為(wèi)其他文件格式的功能
一個(gè)典型的FDTD仿真設計(jì)順序可(kě)以定義為(wèi)：首先定義仿真域大(dà)小(xiǎo)，然後定義仿真中使用的材料和(hé)輪廓，然後創建組成仿真的對象、光源和(hé)探測器(qì)，運行(xíng)仿真，最後分析結果。使用OptiFDTD進行(xíng)的典型模拟的工作(zuò)流程如下所示。
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