Python 3D FDTD模拟器技术文档

Python 3D FDTD模拟器技术文档

【免费下载链接】fdtd A 3D electromagnetic FDTD simulator written in Python with optional GPU support 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/fd/fdtd

本技术文档旨在为用户提供全面指导，以便高效地使用基于Python的3D电磁时域有限差分（FDTD）模拟器。该工具支持通过PyTorch在GPU上运行，提供强大的仿真功能。

安装指南

稳定版本安装

您可以通过pip轻松安装稳定版本：

pip install fdtd

开发版安装

对于开发者，可以从GitHub仓库克隆最新代码，并以开发模式安装：

git clone http://github.com/flaport/fdtd
cd fdtd
pip install -e .

若需要安装包含额外开发依赖项的版本：

pip install -e .[dev]

项目使用说明

基础导入与环境设置

首先，确保满足所有依赖条件（Python 3.6+，NumPy, SciPy, Matplotlib, TQDM, PyTorch可选）。接下来，简单引入库：

import fdtd

选择计算后端，以适应不同的计算场景，例如切换到PyTorch以利用GPU加速：

fdtd.set_backend("torch")

创建FDTD网格

定义一个三维模拟区域是初始步骤，通过指定形状和间距，以及可选的介质参数：

grid = fdtd.Grid(shape=(25e-6, 15e-6, 1),  # 示例尺寸
                 grid_spacing=155e-9)       # 示例格点间距

添加对象、源和检测器

• 添加对象以改变局部介电常数或磁导率：

  grid[11:32, 30:84, 0] = fdtd.Object(permittivity=1.7**2, name="object")
  

• 线性源模拟信号发射：

  grid[7.5e-6:8e-6, 11.8e-6:13e-6, 0] = fdtd.LineSource(period=1550e-9 / (3e8), name="source")
  

• 线性探测器用于捕捉结果数据：

  grid[12e-6, :, 0] = fdtd.LineDetector(name="detector")
  

边界条件设置

防止波反射，使用如PML（理想匹配层）的边界：

grid[0:10, :, :] = fdtd.PML(name="pml_xlow")

运行仿真

指定仿真时间并启动：

grid.run(total_time=100)

API使用文档简述

本节主要涉及几个关键API的快速概览。

• fdtd.Grid(): 初始化网格，控制空间分辨率和基础物理属性。
• fdtd.Object(): 在特定区域内修改物理性质，以模拟不同材料特性。
• fdtd.LineSource() 和 fdtd.LineDetector(): 分别定义光源和探测位置及特性。
• fdtd.PML(): 添加吸收边界，提高仿真准确性。
• grid.run(): 启动仿真过程，直至指定的时间步长或条件达成。
• grid.visualize(): 可视化电网状态，辅助理解仿真进程。

结论

通过上述指南，用户应能够搭建基础的3D电磁场仿真环境，并进行简单的仿真操作。深入学习每个组件的高级特性和配置选项，将使您能够设计更为复杂和精细的电磁场模拟实验。别忘了查阅项目在线文档获取更详尽信息和示例。

【免费下载链接】fdtd A 3D electromagnetic FDTD simulator written in Python with optional GPU support 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/fd/fdtd