1、首先打开fdtd软件。
2、其次单击structures设置结构。
3、然后选中物体单击右键设置参数。
4最后把自己做的结构在下方shell输入即可。
fdtd中的模型图导出的方法是:可以通过脚本实现电场的读取:
E=getresult("z=0","E")E2=getelectric("z=0")E1=sqrt(E2)matlabsave("tri120.mat",E,E1)。
并且struct中E是一个包含三个x, y, z三个方向的电场分布,是矢量信息,而通过getelectric并开根号得到的是电场的标量数值。值得一说的是,对结构体struct中内容的调用可以采用E.x等命令进行直接读取。
值得注意的是,FDTD和Matlab采用的矩阵规则不同,输出后的结果需要进行非共轭转置,才能够和FDTD的结果进行对应。
x,y, E 等的信息除了利用getdata或getresult获取以外,也可以通过右键单击,将结果输出到脚本,可以得到相同的效果。
fdtd作图的方法是:
将电场结果,x,y,z数据导出到matlab中之后,作图可以有多种方案,contour,contourf,pcolor等均可以实现。
contourf和pcolor的语句如下:[C,h] = contourf(E,M) %counterf, M越大,越精细
h = pcolor(x,y,E) %pcolor。
set(h,'LineStyle','none')%线型设置为无colorbar%色标colormap jet%色标模式选用jetaxis equal%x, y 等比例尺。
FDTD中反射率仿真
本案例以WO3/W薄膜为例,介绍FDTD中反射率测量的主要过程。软件版本为Lumerical的FDTD Solutions 2020a。
下面介绍主要步骤:
由于WO3材料在FDTD的材料库中没有内置,需要自己查找并导入,对于一般材料可以从如下网站中查找相应折射率:
http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/nk/
https://refractiveindex.info/
https://www.filmetrics.com/refractive-index-database/
点击Materials,
在弹出的窗口中,点击Add,在弹出的选项框中选择Sampled 3D data。
点击Import,在Select File中选择折射率文件,导入即可。
[图片上传失败...(image-2f59ec-1587692644459)]
结构添加通过Structures添加,选择Rectangle,添加WO3薄膜,
设置结构参数,可根据图中参数进行修改,
材料选择刚才导入的WO3。
其他两项设置默认即可,不用修改。
相同的思路,添加W层,WO3是在W上方,因此设置的时候Z方向的数值应契合好。相关设置如下:
W材料是FDTD内置的,可以直接从中选取。
点击Simulation,添加FDTD。由于是薄膜结构,X和Y方向是无限延伸的,因此X,Y方向设置成周期性边界条件,周期性边界条件的情况下PML可以设置成steep
angle,以提高计算速度。
结构尺寸上按需求设置,X,Y方向没有特别要求,Z方向最小值应设置在W层中,最大值在WO3上方,同时远离结构至少半个波长。其他不需要特别修改,默认即可。
点击Simulation右方的下拉菜单,添加Mesh。建模设计过程没有明显的先后次序要求,Mesh什么时候设置都可以。网格有两种添加方案,一是设置Mesh的尺寸,二是基于结构,这里主要考虑WO3/W薄膜反射率,可以把mesh加到WO3上。
点击Sources,加入光源。光源选择平面波,入射方向设置z负方向。光源尺寸大于FDTD尺寸(如果没有大于会在仿真时自动拓展),光源放置在结构上方,具体可以对比结构尺寸和光源尺寸查看。
随后设置入射光波长范围,这里设置成0.4~0.9。
主要设置反射率监视器。
监视器类型选择Frequency-domain field and power。
监视器选择Z-normal,XY平面尺寸大于FDTD尺寸,大了无所谓,超出的部分不会记录数据,主要是设置Z方向的位置。反射率监视器在光源和FDTD上边界中间。
在General选项中,点击Set global monitor settings,
Frequency points数量设置为50,这个数值越大,谱线越光滑。
点击Check,选择Check simulation and memory requirements,
保证mesh和running
simulation不超过电脑内存大小,否则无法计算,需要降低精度才能计算。
上一步检查没有问题的话,点击Check旁边的Run,运行即可,等待运行结束。
一般会提前结束,提前结束的条件是Autoshutoff的数值满足FDTD中设置的停止条件。
右键点击R,可以查看该监视器平面的电场磁场等信息,选择T,查看反射率信息。
反射率曲线如下图所示
另外,FDTD仿真得到的计算结果,也可以导入Matlab中进行进一步的数据处理。
欲将反射光谱导入Matlab,可以在script prompt处输入以下语句:
原文链接: FDTD测反射率
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