什么是OptiFDTD以及FDTD
OptiFDTD是一款功能強大，高度集成，用戶(hù)友好的軟件，可以對高級無(wú)源光子器件進(jìn)行計算機輔助設計和仿真。OptiFDTD是基于有限時(shí)域差分法（FDTD）的軟件。FDTD方法已成為集成衍射光學(xué)器件仿真的有力工程工具。該方法直接求解麥克斯韋方程，沒(méi)有預處理假設，允許FDTD模擬定義幾何體，光源和探測器，同時(shí)可以模擬傳播，散射，衍射，反射，偏振效應。它還可以模擬材料各向異性和色散，而無(wú)需對場(chǎng)行為進(jìn)行任何假設，例如緩慢變化包絡(luò )近似方法。FDTD能夠實(shí)現有效且強大的仿真能力，并對具有非常精細結構細節的亞微米器件進(jìn)行分析。亞微米級表示高度的光限制，并且相應地，在典型的器件設計中使用的材料的折射率差異大，這是使用其他數值方法無(wú)法解決的限制。
FDTD依賴(lài)于求解域的空間和時(shí)間的離散化。耦合的電磁場(chǎng)沿著(zhù)由Yee單元組成的網(wǎng)格進(jìn)行離散化。磁場(chǎng)和電場(chǎng)分量以交錯的方式定位在每個(gè)單元的邊緣上。 通過(guò)計算立方體的相對邊緣上的兩個(gè)場(chǎng)分量之間的有限差分，可以獲得場(chǎng)的空間導數的二階近似。有限差分法同樣用于近似場(chǎng)的時(shí)間導數。用于計算和更新每個(gè)時(shí)間步的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的模擬空間的算法稱(chēng)為Yee算法。當空間和時(shí)間步長(cháng)趨于零時(shí)，計算問(wèn)題的解的精度應收斂。這種增加的準確性是以完成模擬所需的時(shí)間和存儲模擬所需的內存為代價(jià)的。
模擬網(wǎng)格中的每個(gè)單元表示具有設置材料屬性的小體積。 OptiFDTD中的材料可以是多種類(lèi)型：
各向同性和對角各向異性電介質(zhì)
使用Drude，Lorentz或Lorentz-Drude模型的色散材料
完美導體
非線(xiàn)性材料（2階，3階或者拉曼）
除了這些材料之外，FDTD模擬還需要定義光源和探測器，以便可以將功率注入到網(wǎng)格中，并且可以監視場(chǎng)域。光場(chǎng)可以保存為時(shí)變域或者使用離散傅里葉（DFT）轉換為頻域。
OptiFDTD工作流程
使用OptiFDTD創(chuàng )建和運行FDTD模擬可以使用以下4個(gè)主要程序來(lái)完成：
OptiFDTD Designer-OptiFDTD主要程序。從這里，您可以創(chuàng )建新設計、設置模擬參數、編寫(xiě)腳本和啟動(dòng)模擬。數據保存在擴展名為.fdt的項目文件中。
OptiFDTD Simulator-從設計器運行模擬并處理.fdt文件中的項目文件。在Desinger中執行模擬時(shí)自動(dòng)打開(kāi)。模擬結果存儲在擴展名為.fda的文件中。
OptiFDTD Analyzer-使用OptiFDTD Analyzer（.fda）加載并分析生成的結果文件。包含廣泛的查看選項、分析和后處理功能，并具有將數據導出為其他文件格式的功能
一個(gè)典型的FDTD仿真設計順序可以定義為：首先定義仿真域大小，然后定義仿真中使用的材料和輪廓，然后創(chuàng )建組成仿真的對象、光源和探測器，運行仿真，最后分析結果。使用OptiFDTD進(jìn)行的典型模擬的工作流程如下所示。
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