FDTD Solutions—专业的微纳光学仿真软件
lumeical的fdtd的structures
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。
微纳光子学设计分析软件FDTD Solutions专题资料集锦(三)
corresponding bulk materials. The influence of microstructures on
thermal conductivity has been investigated by many researchers, however their effect on radiative heat transfer is seldom studied.
application. In this paper, the conventional geometrical optics
ray-tracing method is updated by considering the effect of the interference. Two geometrical optics ray-tracing methods and a finite different time domain method are used to study the radiative properties of a one-dimensional random rough surface.
arrays for photovoltaic applications.pdf
椭圆硅纳米线阵列的宽带吸收增强光伏应用 Semiconducting nanowire arrays have emerged as a promising route
toward achieving high efficiencies in solar cells. Here we propose
originated from the split of the principal modes as well as the excitation of high order modes caused by the asymmetry ofires and the enhanced mode coupling between
Sim3D_Max---FDTD仿真软件
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。
FDTD案例分析续篇
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纳米粒子散射
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实例二 ：纳米线栅偏振器
1、纳米线网格偏振镜紧凑光子偏振控制元素——与解决方 案设计和优化FDTD • 高对比度极化控制装置的组成sub-wavelength金属光栅纳米线偏振器件——正在取代网格批量光学元素。纳米线 网格偏振器件提供改进消光比对比,最小的吸收来解决高 亮度照明,紧凑的形式因素促进大规模生产和集成在小型 光学组件。然而,纳米线偏振器件是富有挑战性的网格组 件来设计,特别是如果制造缺陷都考虑进去。在这个应用 程序中,我们将展示FDTD解决方案可以用来最大化对比度 的纳米线偏振镜网格任意角度,同时保持高传播。
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SPR纳米光刻
• 第三步：分析了表面等离子体共振光刻近场数据 详细的研究结果和数值的解决方案,所有复杂的光学波的 交互的接口的许多材料,包括硅基片上的反射,准确地对待。 一个阴谋的近场强度在截面通过银丝面膜层(y=0到60海里) 和光刻胶层(y = -50到0 nm)显示在对数。表面等离子体模 式是清楚地看到在银胶面罩/接口。周期性结构允许入射光 束夫妇counter-propagating表面等离子体波,这引起了亚波 长的变化在光阻层强度的设计思想。
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纳米线栅偏振器
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纳米线栅偏振器
• 第四步：模拟得到的响应非正态纳米线网格发病率照明。 铝光栅wiregrid偏振镜有TE传播的大约85%的normallyincident平面波。现在,与一个源呈四十五度角,传播下降到 大约83%。这些结果生成模拟一个时期的wiregrid偏振镜,然 后使用复杂的脚本的环境,在解决方案将FDTD响应从单个光 栅牙的反应,multi-tooth组成部的铝光栅。
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微纳光子学设计分析软件FDTD Solutions专题资料集锦(四)
Numerical study of natural convection in porous media (metals) using Lattice Boltzmann Method (LBM).pdf 自然对流多孔介质(金属)用晶格玻尔兹曼方法加快的数值研究 A thermal lattice BGK model with doubled populations is proposed to simulate the two-dimensional natural convection flow in porous
金属/半导体核壳结构电浆子模式研究
The symmetry-broken geometry and variation of metal composition of semishells induce new plasmonic properties. A system of separated
metallic semishells embedded in a poly(dimethylsiloxane) polymer
and porosity on the natural convection are examined. Also the
effect of porous media configuration (shape) on natural convection is investigated. The results showed that the overall heat transfer
structure obtained by spinodal decomposition. Its optical response
was investigated both experimentally and theoretically. Our results show that this structure has interesting optical properties due to the existence of only short-range order and the lack of welldefined local structures.
微纳光子学设计分析软件FDTD Solutions专题资料集锦(一)
FDTD案例-液晶-扭转向列型LCD.rar
FDTD案例-液晶-光电开关.rar
FDTD案例-液晶-SOI环形谐振器的调节.rar
综合性算例：
FDTD案例-偏振光.rar
FDTD案例-角度监视器.rar
FDTD案例-坡印廷矢量.rar
FDTD案例-石墨烯.rar
FDTD案例-能带.rar
FDTD案例-收敛试验.rar
微纳光子学设计分析软件 FDTD Solutions专题资料 集锦(一)
更新时间：2015-1-5
以下是小编整理的一些有关微纳光子学设计分析软件FDTD Solutions专题
资料（一）,其中包括了有关FDTD Solutions相关案例文档及其文档简介、相 关视频资料。有关文档的下载，可以到研发埠网站的专题模块，输入相应的
FDTD案例-太阳能电池表面增强.rar
FDTD案例-双稳态.rar
FDTD案例-天线.rar
FDTD案例-添加表面.rar
FDTD案例-圆偏振光.rar
FDTD案例-相位差.rar
FDTD案例-自输入表面.rar
FDTD案例-远场.rar
FDTD案例-散射.rar
更多资料：/Home.html
FDTD Solutions简介(视频)
FDTD参考手册 Lumerical 2014a安装手册
Lumerical Flexnet code license安装步骤（最新）.pdf
如何成功完成Lumerical注册
算例下载区：
谐振腔相关算例： FDTD案例-谐振腔-光学晶子.rar
FDTD案例-谐振腔-quality_factor.rar
专题名，搜索到相应的专题便可以找到相应的文档，或是到研发埠网站的文
微纳光子学设计分析软件FDTD Solutions专题资料集锦(二)
Broadband negative refraction in stacked fishnet metamaterial.pdf
宽带负折射在渔网材料堆放 We demonstrate a scheme to utilize the stacked fishnet metamaterial for all-angle negative refraction and subwavelength imaging within a wide frequency range starting from zero frequency. The theoretical predictions are verified by the brute-force finitedifference-in-time-domain numerical simulations. The phenomena come from the negative evanescent coupling between the adjacent slab
808nmLD激发下高折射率差光纤锥_硫卤微球耦合系统的荧光回廊模.zip 用熔融淬冷法制备了0.5wt.％掺杂Nd3+:75GeS2－15Ga2S3－0CsI (0.5wt.％ Nd－GGSI)硫卤玻璃。此基础上以玻璃粉料漂浮熔融法制备出粒径为50～
300μ m高折射率（ｎ≈2.1）玻璃微球，并在显微镜下选出表面质量高的硫卤
FDTD Solutions 7.0版介绍
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。
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2012 2011 2010
2008
2006 2005 2004 1998
1.上海海基盛元 — 公司文化
共享成功
社会责任
真诚服务
幸福快乐
7 软件商城：/ （各类科研与工程软件）赵海军：136 4166 4322
自适应网格 简化的监视器获得输出数据 利用覆盖区减少网格点数
• 仿真速度快（最快）
超短的脉冲光源 需要的内存少 并行计算
• 结果精确
多系数材料建模 共形网格技术
• 可以仿真各种材料：介质，金属，半导体，非线性，各向异性，增益 • 其它特点
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包含扫描与优化 ……
4.特点优势 — FDTD Solutions 8.0最新功能
1）用户可以自定义色散材料、增益材料、各向异性材料和非线性材料
：非对角各向异性材料，包括液晶材料和磁光材料 ：含内嵌的x(2)材料和顺磁性材料
2）改变了分析和视觉化工具
：增加了结果管理器Results Manager, 可以直接观看结果数据 ：增加了视觉化器Visualizer, 可以用于图示分析 ：数据可以保存在监视器里面
上海总部
华南办事处
无锡东方海基软件开发有限公司
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1.上海海基盛元 — 理念与使命
理 念
国内领先的专业工程软
件、管理软件以及服务 的提供商
使 命
提供行业领先的仿真分 析以及信息化管理的解 决方案，从而帮助客户 提高产品研制水平、缩 短产品研制周期、降低 产品研制费用，使其在 激烈的产品竞争中处于 领先地位
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1.上海海基盛元 — 业务
CAE软件推广
流体力学、结构力学、电磁学、 声学、颗粒学、微纳光学等 由专业的硕士、博士组成的技 术团队
CAE咨询服务
CAE培训中心 研发软件商城 工程流体网
FDTD Solutions — 专业的微纳光学仿真软件
技术工程师：赵海军 Tel：136 4166 4322 ；E-mail：zhaohj@
主要内容
上海海基盛元简介 背景介绍 适用范围 特点优势 应用案例 部分客户 授权方式及建议 技术支持
领域的科学家和著名专家合作。
用户使用该软件已经发表了大量高影响因子的学术论文，而且许多国内著名的大公司 和学术团队都在使用。(＞500篇)
• • Deterministic Coupling of Single Quantum Dots to Single Nanocavity Modes. Science, 308, 1158 (2005) N. Yu, P. Genevet, M. A. Kats, F. Aieta, J.-P. Tetienne, F. Capasso, and Z. Gaburro, ―Light propagation with phase discontinuities: generalized laws of reflection and refraction,‖ Science334, 333–337 (2011).
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3.适用范围 — 微纳光学器件
Lumerical的产品可以精确模拟多种微纳光学器件
Photonic crystals Bandstructures Plasmonics CMOS Image sensors
– 提供大容量、宽频带、极高速和超小型光电子器件/系统和终端消费 产品 – 太阳能光伏器件、固体照明、图像传感器
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2.背景介绍 — 纳米光学正在推动工业领域的变革
• 当前我们正在经历微纳光学的影响
3）增加了可以任意旋转的模式分解监视器
4）模式光源也可以任意旋转
5）合并了2维和3维操作界面
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FDTD Solutions running on world’s fastest computers –recent initiatives
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3.适用范围
• 生物光子学 – 生物组织/细胞成像 – 表面等离子体器件 – 纳米粒子散射 – 集成光学传感器 照明技术 – OLED/LED 光能提取的优化 – 光辐射性能计算 显示技术 – 纳米线栅偏振器件 – 数字微反射镜器件 光通讯 – 环形谐振腔 – 光波导 – 光分束、偏振、环形器等 – 光学滤光器 – 带隙结构、光子晶体微腔器件 – 光子晶体垂直腔表面发射激光器 – 光栅元件
2.背景介绍 — Nano photonics
• 微纳光学/光子学：
– 涉及光在纳米尺度上光的特性 – 研究新颖的光的性质 – 具有电子学所没有的功能 （光辐射、探测、传感、成像等）但同时 也需要电子学
• 技术：
– 可实际应用、功能强大和高效的光学/光电子器件/系统 – 可以和微电子学集成
• 工业：
http://scholar.google.ca/scholar?hl=en&q=lumerical%2 C+fdtd&as_sdt=0%2C5&as_ylo=2011&as_vis=0 http://scholar.google.ca/scholar?hl=en&q=lumerical%2 C+nonlinear&btnG=&as_sdt=1%2C5&as_sdtp=
Lumerical 提供高性能设 计工具
10 软件商城：/ （各类科研与工程软件）赵海军：136 4166 4322
2.背景介绍 — Lumerical产品
加拿大Lumerical 公司专注于为纳米光子器件/系统设计领域提供优秀软件 Lumerical公司成立于2003年，总部位于加拿大温哥华，该公司和国际上众多纳米光学
17 软件商城：/ （各类科研与工程软件）赵海军：136 4166 4322
5.应用案例 — 何时使用FDTD Solutions ？
反射定律： c = 41.8，R = 100%
l = 0.4 um
R=95% R=100%
l = 4 um
R=52%
T=5%
: : : : : 数据存储(e.g. DVDs) 数码相机 手机 显示和照明 …
而且我们期望更多的变化 市场需求以两位数字的速度增加:
: : : : : : : 通讯 家用消费电子 成像和传感 信息技术 生物医学 安全 …
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4.特点优势 — FDTD method方法优点
精确
普遍适用
能模拟任意的复杂形状
可以获得宽谱结果
l1
l2
14 软件商城：/ （各类科研与工程软件）赵海军：136 4166 4322
4.特点优势 — FDTD Solutions独特优势
• 需要内存少
结论：当特征尺寸在波 20 um 长量级时，就应该使用 FDTD Solutions
T=48%
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5.应用案例 1 — Thin film silicon solar cell photovoltaics
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光传感和成像 – CMOS/CCD 图像传感器 – 近场光学显微镜 – 微光学探针 – 相衬光学显微镜 光存储 – DVD 表面设计，蓝光Blu-ray设计 半导体（器件）制造工业 – 深紫外DUV 光刻术模拟 – 表面等离子体谐振干涉型纳米光刻术 – 晶片和掩模检查和计量 太阳能光伏器件 ：薄膜太阳能电池 太赫兹器件 超材料和负折射率器件 光学镊子 非线性光学 …
企业研发、创新服务提供商
5 软件商城：/ （各类科研与工程软件）赵海军：136 4166 4322
1.上海海基盛元 — 产品
2012年引进Mentor Graphics 系列产品
2011年引进Lumerical系列产品 2011年引进WITNESS 2011年引进gPROMS 2010年引进 Barracuda 2010年引进HOBBIES 2008年引进ACTRAN 2008年引进Pumplinx 2006年引进EDEM 2005年引进MpCCI 2005年Hi-Key TDM 开发 2004年引进Infolytica 2004年引进 Flowmaster 1998年引进 Fluent
2.背景介绍 — 光电子器件或系统在微纳光学的挑战
材料: 宽光谱色散，吸收，含金属、半导体、电介质等 结构: 复杂化 设计: 时域/频域算法
光学：矢量麦克斯韦方程 电学：漂移-扩散方程 系统：散射矩阵
仿真：耗时
多学科、多领域、多算法！
制造：耗时、成本高昂 测试与计量：耗时、成本高昂 兼容性与系统集成，行业标准 环境、安全问题
2 软件商城：/ （各类科研与工程软件）赵海军：136 4166 4322
1.上海海基盛元 — 公司架构
北京总部 北 京 海 基 科 技 发 展 有 限 责 任 公 司 北京海基嘉盛科技有限公司
西南办事处
华中办事处 西北办事处
上海海基盛元信息科技有限公司