FDTD/MODE/DEVICE/Interconnect 微纳光电子模拟
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本课程主要是向各位学员全面介绍和展示，Lumerical微纳光电子学仿真设计软件的特点、功能以及应用领域等。并通过本课程，教会大家正确使用FDTD Solutions、MODE Solutions、DEVICE等微纳光电子学模拟软件，并独立地开展学术和工程研究
本课程配套讲义在研发埠智慧商城有售，限量40本。
第1部分：FDTD Solutions 软件FDTD Solutions简介
FDTD Solutions是一款基于有限时域差分法（FDTD算法）求解矢量Maxwell方程的专业微纳光子学仿真分析软件，可以模拟紫外、可见、红外乃至太赫兹和微波频率段电磁波与具有亚波长典型尺寸复杂结构的相互作用，因此可用于微纳光学材料、微纳光子器件等微纳光子学领域的设计、分析与优化。
FDTD Solutions技术特点
独有的共形网格技术：确保计算的精度，且可仿真光子学领域常见的色散材料
独有的多系数材料建模功能：允许用户设置各种线性、非线性、增益、色散和各向异性等多种材料模型
独有的自适应网格技术：减少对计算资源的需求
Bloch边界条件：可以实现光源各个角度斜入射的高精度仿真
灵活的CAE设计环境：通过基本结构、预先定义的复合形体或者自输入功能，用户可以建立任意复杂的几何形貌
友好的3D操作界面：可进行图形化设计
强大的script文本程式：可实现参数化建模和结果的高级分析，也是高级设计分析和优化必不可少的关键技术
直观的视觉化工具：使得复杂的分析变得极其简单，且可以自动输出视频并具有结果动态显示功能
数据的交互使用与数据的输入输出：FDTD Solutions支持与常用工程软件之间的数据交换
参数扫描、优化和成品率分析：设计文件建立以后，用户可以很方便地了解关键参数变化对结果的影响
高性能计算：高度优化的计算引擎以及其分布式和并发式并行计算，可以大大加速计算
与Matlab完全兼容
亚马逊EC2云计算：FDTD Solutions是唯一一款专门设计并获得在EC2上授权工作的微纳光子学仿真软件
第2部分：MODE Solutions 软件MODE Solutions简介
MODE Solutions拥有特征模式计算以及长距离光场传播的各种仿真方法，是一款集设计、分析、优化为一体的仿真波导结构的理想工具。特征模式计算引擎可以计算任意形状波导中模式的物理特性；其2.5D varFDTD可以快速高精度仿真SOI楔形波导和环形谐振腔等；特征模式展开法 eigenmode expansion (EME) solver是仿真长传播距离波导器件，如模斑尺寸转换器、楔形波导和布拉格光栅等器件的理想方法。
与Lumerical的光电子仿真软件DEVICE组合使用，MODE Solutions可设计和分析主动光电子器件，如高速光电子调制器等。
MODE Solutions技术特点
任意波导、光纤模式分析
金属等色散材料建模功能
近场—远场变换功能
强大的script文本程式，具有参数化建模功能
自适应与共形网格技术，减少计算内存的需求同时确保计算精度
直观的视觉化工具，可以自动输出视频，具有结果动态显示功能
支持多核多节点分布式并行计算
与Matlab完全兼容
第3部分：DEVICEDEVICE简介
DEVICE采用工业界验证的漂移-扩散方程对半导体中载流子进行静态和瞬态分析。DEVICE软件使用高级的有限元网格生成算法，能够有效地处理任意几何形状，精确地仿真创新的集成光电子设计。DEVICE为用户提供了一套完整的工具来设计和评估半导体器件，包括集总过程的模拟，全面的材料物理模型，以及强大稳健的器件模拟数值算法。DEVICE与波导设计软件MODE Solutions联合使用，可以设计、分析如高速光电子调制器之类的主动器件。
DEVICE技术特点
支持用户自由设计任意形貌的复杂器件
具有稳健的Gummel—Newton求解引擎
强大的script文本程式，具有参数化建模功能
3D半导体器件仿真
包含CMOS在内的硅基器件的高级材料建模功能
参数化扫描与优化
支持多核多节点分布式并行计算
软件包含扫描与优化功能
与Matlab完全兼容
第4部分：INTERCONNECTINTERCONNECT简介
IINTERCONNECT是一款集成光子线路的设计软件，利用其树形分布的示意图可以简便、可靠地设计、仿真和分析复杂和大型光子集成线路。
INTERCONNECT 同时含有时域和频域求解器。时域仿真通过数据流系统仿真器进行，比传统的时间离散或时间驱动的模拟器更具灵活性。频域仿真利用散射数据来计算线路的整体响应，它是通过求解一个稀疏矩阵，即表征线路连接的散射矩阵来计算的，其中每个散射矩阵代表一个独立元件的频率响应。其先进的分析和可视化工具可以实现振幅、相位、群延迟和色散等线路行为的计算。
INTERCONNECT主要特点
同时具有时间域和频率域求解器，用户可自由选择
直观的光子集成线路原理图编辑器
强大的光子集成电路元件库
先进的优化和参数扫描功能
简便的数据管理与分析
与FDTD Solutions、MODE Solutions和DEVICE具有互操作性
集成的script脚本语言，与Matlab完全兼容
可进行成品率分析
课程时长：13.5h
了解Lumerical微纳光电子学仿真设计软件的特点、功能以及应用领域
学会正确使用FDTD Solutions、MODE Solutions、DEVICE等微纳光电子学仿真软件，并能独立地开展学术研究和产品研发
微纳光电子学老师、博士、研究生、工程师
：第1部分：FDTD Solutions 软件
：第2部分：MODE Solutions 软件
：第3部分：DEVICE 软件
：第4部分：INTERCONNECT软件
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研小埠： 021-有人用过FDTD Solutions软件么？ - 知乎14被浏览<strong class="NumberBoard-itemValue" title="分享邀请回答04 条评论分享收藏感谢收起7添加评论分享收藏感谢收起FDTD Solutions_百度百科
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FDTD Solutions
FDTD Solutions软件由加拿大Lumerical Solutions公司出品。该公司成立于2003年，总部位于加拿大温哥华。用户用该公司软件已发表大量高影响因子论文，并被许多国际著名大公司和学术团队所使用。FDTD Solutions：基于矢量3维麦克斯维方程求解，采用时域有限差分FDTD法将空间网格化，时间上一步步计算，从时间域信号中获得宽波段的稳态连续波结果，独有的材料模型可以在宽波段内精确描述材料的色散特性，内嵌高速、高性能计算引擎，能一次计算获得宽波段多波长结果，能模拟任意3维形状，提供精确的色散材料模型。
FDTD Solutions软件特点
FDTD Solutions 8.17版新功能特点
添加端口物件（ports）
S参数矩阵扫描工具
添加宽光谱模式光源
添加一维光学方程求解功能
FDTD Solutions功能简介
1 该软件用于下一代光子学产品的精确、多功能、高性能仿真设计。
-精确严格求解3维矢量麦克斯韦方程；
-是学术界尖端研究和工业界产品开发，易学易用的设计工具；
-及时地充分利用高性能计算技术。
2 该软件可解决具有挑战性关键设计的技术。
-能高效准确地模拟色散材料的难题：独有的多系数材料模型为准确描述色散材料的性质提供了理想的工具；
-获得纳米器件设计精确结果需要长时间的难题：及时地充分利用现代计算技术的硬件，提供需要最少代价的最新网格化技术，可解决具有挑战性关键设计的技术。
3 多系数材料模型极大地提高了计算结果的精度
-Lumerical 公司独用的技术-– “多系数材料模型(MCMs)” –提供比前述罗伦次-杜德模型超好的拟合。软件给出拟合曲线和拟合误差；
-自动拟合材料色散数据；
-用户可以设定系数个数、拟合允差和波长范围；
-用户可以自行导入自己的材料、或者选择内置材料库中的材料；
-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
-含内嵌的 χ(2) 材料和顺磁性材料
-添加了非对角化的各向异性材料，包括液晶材料和磁光材料
4 高性能计算技术
-高速计算引擎：优化的源代码：充分利用多核计算机系统的高性能；
-CPU使用的最大化：支持常用的各种操作系统；软件授权许可证与硬件、操作系统无关；
-避免不必要的计算：提供各种边界条件；优化的集成设计；高级网格化技术
5业界最高级的网格划分
-自动优化的渐变网格：根据需要提高网格分辨率
-共形网格：通过非常复杂的描述麦克斯维旋度方程技术减少需要精确分辨材料边界（如曲面、薄膜层）的超细网格
6宽光谱固定角度光源技术（BFAST）
在2016a及其后的版本中，新添加的BFAST技术Broadband Fixed Angle Source Technique ，使得在斜入射情况下，一次仿真就可以得到周期结构的正确宽谱结果针对周期性结构
和Lumerical其他四款产品（Mode Solution, Device热、Devcice电、INTERCONNECT）多物理场工作流程互通。
FDTD Solutions主要应用
FDTD Solutions用于解决各种各样的应用，涉及光的散射、衍射和辐射传播。 FDTD Solutions已经用于许多工程问题，其中包括（但不限于）：
CMOS 图像传感器像素
为了降低数字摄像系统成本 ，CMOS像素尺寸不断减小，随之而来的问题是信噪比的相应减少以及像素串扰的增加。
太阳能薄膜电池
薄膜硅太阳能电池表面上的金属纳米粒子阵列能够极大地提高对太阳能的吸收。
LED的亚波长纹理结构增加光萃取效率，但需要像FDTD Solutions这样的软件工具来优化LED的微结构。
FDTD Solutions网络培训
FDTD Solutions软件培训
为了帮助用户熟悉使用软件，加拿大lumerical原厂常年举行免费中文及英文的网络培训，所有客户和试用者都可注册参加！
FDTD SolutionsFDTD软件活动
．lumerical 官网技术手册&#91;引用日期&#93;
．lumerical官方技术论坛中文版．&#91;引用日期&#93;
．Lumerical官方技术手册Knowledge base&#91;引用日期&#93;
．Lumerical中文官网&#91;引用日期&#93;
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FDTDsolutions经典问题集.pdf 58页
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FDTDsolutions经典问题集
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加拿大Lumerical 微纳光学软件FDTD Solutions 经典问题集
赵海军 Email ：
基于时域有限差分法（FDTD ）的高性能多处理器麦克斯
韦方程求解软件，可用于纳米光学器件、过程和材料的设
计、分析和优化。
1. FDTD Solutions 概述
FDTD Solutions 是一款高性能三维麦克斯韦方程求解软件，能够用来分析波长尺度特征的
复杂结构与紫外、可见和红外辐射的相互作用。通过其特有的多系数材料建模功能，FDTD
Solutions 能够准确地模拟宽波长范围内的材料色散，因而用户能够高效率地计算器件在很宽
谱带内的响应。其高度优化的计算引擎能够充分利用多核计算系统--从笔记本电脑到高性能
计算集群，以及内置的优化模块能加速优化纳米光学器件，FDTD 的Solutions 是光电子设
计行业专业工程师和科学家的首选。
使用FDTD Solutions 主要功能
可以进行虚拟原型的试制，从而降低昂贵的物理原型试制；
可以充分利用最先进的计算系统进行大量的设计评估；
可以方便客户快速的运用，从而提高生产力。
3. FDTD Solutions 主要特点
自适应网格技术— 内存需要小
超短的脉冲光源—仿真速度快
共形网格技术—仿真精度高
Bloch 边界条件—
斜入射平面波
多系数材料模型及其显示—高精度材料特性
集成性：一款软件不拆分，充分发挥FDTD 的全部功能
FDTD 8.5 可以添加几乎任意材料
各种非线性（泡克尔，克尔，磁光等）
增益饱和材料
上海海基盛元 赵海军
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强大的文本程式脚本语言
自动视频输出
同时获得时域数据（实数）和频域数据（复数）！
包含优化模块
包含共形网格技术在内的高级网格算法
任意旋转的模式分解监视器
模式光源可以任意旋转
直观的视觉化工具
4. FDTD Solutions 主要应用
上海海基盛元 赵海军
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FDTD Solutions 用于解决各种各样的应用，涉及光的散射、衍射和辐
射传播，如：
FDTD Solutions 已经用于许多工程问题，部分如下：
CMOS 图像传感器像素
为了降低数字摄像系统成本 ，CMOS 像素尺寸不断减小，随之而来的问
题是信噪比的相应减少以及像素串扰的增加。
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太阳能薄膜电池
薄膜硅太阳能电池表面上的金属纳米粒子阵列能够极大地提高对太阳能
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LED 的亚波长纹理结构增加光萃取效率，但需要像FDTD Solutions 这样
的软件工具来优化LED 的微结构。
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重要资料索引
软件官方网站：http://www.lumerical.com/cn/tcad-products/fdtd/
FDTD Solutions 8.6
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