本文演示了 Lumerical 仿真軟件與 Python 聯(lián)合工作的具體流程，展示了開發(fā)復(fù)雜的自動(dòng)化仿真計(jì)算和高級(jí)數(shù)據(jù)處理、繪圖的可行性。使用 Python API（即上一篇文章中提到的lumapi庫(kù)）即可實(shí)現(xiàn)仿真軟件與Python的交互操作。用戶可以用 Python 代碼實(shí)現(xiàn)對(duì)于 Lumerical 軟件仿真的初始化設(shè)置，運(yùn)行和迭代，以及數(shù)據(jù)傳遞和處理。

1. 開啟會(huì)話

fdtd?=?lumapi.FDTD()??#開啟會(huì)話 mode?=?lumapi.MODE() device?=?lumapi.DEVICE() interconnect?=?lumapi.INTERCONNECT()

• “hide”：可設(shè)置為“True”或“False”，默認(rèn)為“False”，決定是否顯示仿真軟件的GUI/CAD界面；
• “filename”：默認(rèn)為空，保持默認(rèn)則創(chuàng)建一個(gè)新工程，如果提供了腳本文件，則會(huì)在新工程中運(yùn)行該腳本；如果輸入具體文件名則會(huì)打開相應(yīng)文件名的工程。

shQc?=?lumapi.FDTD(filename='simple_high_Q_cavity.fsp',?hide?=?False)

如果要在FDTD中直接運(yùn)行名為simple_high_Q_cavity.lsf的腳本，且不顯示仿真軟件的GUI/CAD，只需運(yùn)行：

run_script?=?lumapi.FDTD(filename='simple_high_Q_cavity.lsf',?hide=?True)

fdtd?=?lumapi.FDTD() fdtd.eval('function?helloWorld(){return?\'hello?world\';}\nfunction?addTest(a,b){return?a+b;}') print(fdtd.helloWorld()) print(fdtd.addTest(9.2,2))

fdtd?=?lumapi.FDTD() script?=?open('C:/desktop/testScript.lsf'.'r').read() fdtd.eval(code)

def?testAddingMethodsFromConstructor(self): app?=?self.appConstructor(script='testScript.lsf') expectedMethods?=?{'helloWorld' }expectedResults?=?['hello?world?from?script?file'] results?=?[] results.append(app.helloWorld()) self.assertEqual(results,?expectedResults) app.close()

從2019a版本開始，Python API支持使用構(gòu)造函數(shù)添加對(duì)象和從構(gòu)造函數(shù)設(shè)置仿真對(duì)象。構(gòu)造函數(shù)可以添加仿真區(qū)，并設(shè)置相關(guān)的參數(shù)，如位置、大小等等：

fdtd.addfdtd(dimension='2D',?x=0.0e-9,?y=0.0e-9,?x_span=3.0e-6,?y_span=3.0e-6)

添加監(jiān)視器：

props?=?OrderedDict([('name',?'power'),('override?global?monitor?settings',?True),('x',?0.),('y',?0.4e-6),? ????????????????????('monitor?type',?'linear?x'),('frequency?points',?10.0)]) fdtd.addpower(properties=props)

如果對(duì)象的某一參數(shù)會(huì)受到其他參數(shù)影響，這時(shí)使用有順序的字典設(shè)置，要用到OrderedDict( )函數(shù)，注意OrderedDict包只適用于Python 2，可以安裝適用于Python 3的Collections包。如果參數(shù)獨(dú)立，則可以直接用Python字典設(shè)置：

props?=?{'name':?'power',? ????????'x'?:?'0.0',? ????????????????'y'?:?'0.0',? ?????????????????????????'monitor?type'?:?'linear?x'} ?????????????????????????fdtd.addpower(properties=props)

如果要給仿真對(duì)象修改或添加某些參數(shù)，lumapi中均有相應(yīng)的函數(shù)來(lái)完成，也可以通過本文“2.導(dǎo)入方法”中提到的方式，用一些.lsf腳本命令實(shí)現(xiàn)，例如添加長(zhǎng)方體：

rectangle?=?fdtd.addrect(x?=?2e-6,?y?=?0.0,?z?=?0.0) rectangle.x_span?=?10.0e-6 rectangle.y_span?=?0.4e-6 rectangle.z_span?=?0.2e-6

Python會(huì)自動(dòng)刪除作用域以外的變量，因此大多數(shù)時(shí)候不需要手動(dòng)關(guān)閉會(huì)話。在pyCharm中，Python程序運(yùn)行結(jié)束也會(huì)自動(dòng)關(guān)閉會(huì)話，即所打開的仿真軟件窗口在程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。也有一些其他編譯器，不自動(dòng)關(guān)閉會(huì)話，如果想手動(dòng)進(jìn)行關(guān)閉，可以使用close( )函數(shù)：

fdtd.close()??#關(guān)閉會(huì)話

本節(jié)簡(jiǎn)單介紹了lumapi的會(huì)話管理，可以初步實(shí)現(xiàn)Lumerical仿真軟件與Python腳本的交互。Lumerical腳本語(yǔ)言可以看作是Python代碼的子集，lumapi給用戶提供了更為豐富的創(chuàng)造空間，原先.lsf腳本難以實(shí)現(xiàn)的功能，現(xiàn)在都有希望借助Python腳本實(shí)現(xiàn)。之后我們將討論兩種腳本之間的關(guān)聯(lián)，并闡述Python與Lumerical之間數(shù)據(jù)傳遞的規(guī)律。

[1]https://optics.ansys.com/hc/en-us/articles/360041873053