模拟dipole在effective material表面发光得到的purcell spetrum有很多奇怪的峰值

fdtd
metamaterials

#1

您好。根据附件中的paper,我想要画出dipole 放在等效的HMM材料上方20nm处时,它的purcell的性质。
Lasing action with gold nanorod hyperbolic metamaterials.pdf (1.9 MB)
根据paper中的材料的等效permittivity的设定,我把我的等效的材料的epsilon(x),epsilon(y),epsilon(z)设置得跟它一样,

但模拟的结果出来后,我发现我的purcell的spectrum有很多陡峭的peak,和文献中的smooth的曲线很不相同。我的的mesh在HMM部分是222nm^3,已经很密。conformal variant设置为1,FDTD的mesh 为 6

(模拟结果:purcell ,从 “trans_box monitor” 得到)

(Paper中的purcell, p20 in the paper)
fdtd文件:
HMM_35_question.fsp (301.2 KB)


#2

假设你的材料特性是正确的话,我作了测试,结果虽然有所改善,但是仍然与文献不同:

主要原因可能有两个:
1:光源内置的Purcell因子计算使用的是Dipolepower这个函数,但是这个函数的使用是有限制的:Numerical errors in this calculation may become noticeable when very small simulation mesh sizes are used. If the mesh step is the order of, or smaller than, λ/1000, verifying the dipolepower results by measuring the radiated power with a small box of monitors surrounding the dipole is recommended. 因为网格细的话此函数不准,需要用BOX方法验证。当有损耗材料时,BOX不能太大因为有吸收,但是也不能太小,否则积分不准确,一般建议有3~5个网格;
2:Z方向的折射率实不非常小,小于0.05,此时需要很细的网格,但是多细为很细没有标准,需要反复测试,参见这个例子

我采用StrechedPML,并减小Autoshutoffmin, 将下面的结构穿过PML,结果比较如下:

因此你需要做很多的测试,要得到收敛的结果才可以。需要指出的是,当网格变细的时候,要注意增加PML的层数,最好保持PML的厚度不变。
总之,你的这个仿真比较有挑战性。更细的网格例如2纳米我没有测试,因为在我计算机上需要6个小时的仿真。

HMM_35_question.fsp (299.6 KB)