fdtd（时域有限差分）仿真

FDTD Solutions 是一款非常好用的微纳光学设计工具。该软件提供了丰富的设计功能，支持 CMOS
图像传感器，OLED 和液晶，表面计量，表面等离子体，石墨烯，太阳能电池，集成光子组件，超材
料，衍射光学和光子晶体。用户可以在软件材料中模拟和设计光学器件，计算光学数据，支持空间滤
波，场极化，磁场，周期性结构，半球功率积分等设计解决方案，提供时域有限差分分析函数，时域
有限差分（FDTD）方法是求解复杂几何图形中麦克斯韦方程组的精确严格方法。作为直接的时空解决
方案，它为用户提供了有关电磁和光子学中所有类型问题的独特见解。结合目前许多学生对实验开展
的痛难点，将 FDTD 仿真引入实验当中，通过软件可视化处理有效直观的展示仿真的流程，与实验数
据结合，使得文章内容具有说服力、预见性和新颖性。

适合各省市、自治区从事无线电电子学、物理学、材料科学、电力工业、自动化技术、电信技术、工
业通用技术及设备、金属学及金属工艺、仪器仪表工业、机械工业、生物医学工程等领域相关单位及
部门，以及各大高校相关科研人员。

基础入门阶段采用 Step by step 的教学方式带着做具体的案例，在案例中学习 FDTD 应用的
必备技能，帮助学员快速掌握仿真操作流程，建立正确的仿真思路。
通过 FDTD 仿真实例以及论文模拟复现的形式，带大家使用 FDTD Solutions 及相关软件构建
数值建模研究的方法。通过多个场景案例的应用讲解，学习借助 FDTD 在超构表面设计、热电
子光学传感器、热电子光探测器的光学特性研究、光学微腔宽带吸收器等多个方向的研究方法。

FDTD Solutions 求解物理问题的方法
FDTD 与麦克斯韦方程
 FDTD 中的网格化

FDTD Solutions 功能与使用
 主窗口——CAD 人机交互界面
 计算机辅助设计（CAD）模拟编辑器:
 主标题栏、工具条
 实体对象树实体对象库
 脚本提示与脚本编辑窗口

几何结构
 简单几何结构的添加
 通过脚本添加几何结构
 通过函数定义曲面

FDTD 设置
 计算空间的确定
 各种边界条件的设定以及应用范围
 PML 设定以及其适用条件
 Auto shutoff min 的设定

激励光源
 各种预设光源的特点
 脚本添加各种光源以及设置
 导入外部光源

监视器的添加与使用
 各类监视器的特点与应用
 脚本添加与设置监视器
 脚本获取监视器数据

优化与扫描
 结构参数扫描的设置
 扫描结构的可视化
 后续数据处理

结构组与分析组(Objectlibrary)
 结构组添加与设置（以 Hexagonal lattice PC array 为例）
 分析组的添加与设置（以 Power absorbed 为例）

材料添加与拟合
 导入材料折射率（介电常数）
 材料拟合（拟合公差、虚部权重）

网格设置与结果分析
 对比 FDTD 内置网格
 脚本实现结果的可视化与后期数据处理

仿真实例

金属薄膜中金纳米孔阵列透射与反射， 并考虑其近场电磁分布
 利用脚本进行电磁场及其光学响应的可视化
 设置 EOT 型超表面结构，以及 Structure library 的使用
 结构的参数化扫描与结果可视化
 利用脚本计算峰值增强因子
 多层平面结构激发 Tamm 等离激元诱导强光学吸收
 金属小球 Mie 散射模型构建及脚本远场近场结果可视化
 利用脚本计算热载流子产生空间分布
 斜入射下光学传感器的光学响应及其边界条件的设置
 利用 S 参数分析组并通过脚本实现金属纳米小球的吸收/散射消光与近场增强的计算
 热电子光探测器的电磁场空间分布与 FDTD 材料折射率的导出（脚本计算不同金属层的吸收）

实例进阶
平面结热电子光探测器：激发光学 Tamm 态：
----（根据发表在 ACS Nano 上的论文）
 双微腔热电子光探测器：激发微腔共振：
-----(根据发表在 Nanoscale 上的论文)
 热电子光学传感器：表面波激发：
-----（根据发表在 ACS Nano 上的论文）
 金属-介质-金属光学微腔宽带吸收器：
-----（根据发表在 Photonics Research 上的论文）
 Pancharatnam-Berry 型超构表面：
-----（根据发表在 Science 上的论文）