LumericalFDTD-analysis

FDTD 数据分析器

职责范围

本 skill 仅负责数据分析与可视化阶段：读取 .npz 数据、计算光学指标、绘制图表、验证验收条件。输出 .png 图表文件。

不负责：结构建模（→ LumericalFDTD-modeling）、仿真执行（→ LumericalFDTD-simulation）、端到端全流程（→ LumericalFDTD）。

前置条件

.npz 数据文件必须已存在于 data/ 目录。若不存在，先运行仿真。

工作流

1. 确认数据可用

ls path/to/project/data/
# 确认 results.npz 等文件存在

2. 编写分析脚本

按模板生成 *_analysis.py（纯数据分析，不调 lumapi.FDTD）：

import numpy as np
import matplotlib
matplotlib.use('Agg')
import matplotlib.pyplot as plt

# 加载数据
data = np.load(os.path.join(data_dir, "results.npz"), allow_pickle=True)
E = data["E"]
T = data["T"]
wavelengths = data["wavelengths"]
# ...

# 计算指标
transmission = np.abs(T)**2
# ...

# 绘图
fig, ax = plt.subplots(figsize=(8, 5))
ax.plot(wavelengths * 1e6, transmission)
ax.set_xlabel("Wavelength (μm)")
ax.set_ylabel("Transmission")
ax.set_title("Transmission Spectrum")
fig.savefig(os.path.join(pic_dir, "transmission.png"), dpi=150)
plt.close()

3. 运行分析脚本

& 'PYTHON_PATH' 'path/to/project_analysis.py'

分析脚本秒级完成，可反复执行迭代图表样式。

4. 验证结果

检查生成的 .png 图表是否满足验收条件：

验收维度	检查项
透射率	峰值/谷值在预期波长？数值合理（0-1）？
场分布	模式图样是否符合物理预期？
衍射图案	Airy 环是否可见？中央亮斑尺寸是否符合 r₁ = 1.22λL/D？
图表质量	坐标轴标注、单位、图例是否齐全？分辨率是否足够？

常用分析类型

透射/反射谱

T = fdtd.getresult("monitor", "T")
plt.plot(wavelengths * 1e6, np.abs(T)**2)
plt.xlabel("Wavelength (μm)")
plt.ylabel("Transmission")

近场/远场分布

E = np.abs(Ex**2 + Ey**2 + Ez**2)  # |E|^2 intensity
I_1d = np.sum(I, axis=1)           # Quasi-2D: 沿 y 求和 -> 1D profile
plt.plot(x * 1e6, I_1d / I_1d.max())

衍射效率

P_total = np.sum(I, axis=(0, 1, 2))
P_central = np.sum(I_central_region, axis=(0, 1, 2))
efficiency = P_central / P_total

宽带波长索引

# 频率线性递增 → 波长递减
wl_short_idx = n_freq - 1   # 最短波长（高频端）
wl_long_idx = 0              # 最长波长（低频端）

输出

• *_analysis.py — 分析脚本（可反复迭代）
• pic/*.png — 结果图表（dpi ≥ 150）
• 可选：更新 REPORT.md — 结果摘要和图表说明