FDTD怎么确定模拟spp正确?

fdtd

#1

您好:
我想问下就是我想斜入射光打到金膜上模拟spp对金膜上面颗粒的散射,首先我想请教的是光源的问题,如果我选TFSF那么斜入射需要参数扫波长,但只需颗粒上方超过TFSF边界上方放置探测器算散射就可以了。但这样算出来的结果总不太对。

如果选斜入射平面波或高斯光的话,那散射就要分2步了,像自定义光源算散射的例子,先没有颗粒的算场,再有颗粒的算场来求。而且平面波光源也必须要周期结构吧,我的是非周期的。不大清楚光源该怎么选比较好。

我看到您说可以用平面波的新功能宽谱BFAST斜入射看看有没产生spp来测试,不清楚具体是指先不放颗粒,光源下方放个探测器看看金膜反射是否有某个波长没有反射吗?但这个又必须要周期结构了,我的又不是。或者放颗粒的时候我把金膜弄足够大,这样加周期应该颗粒没耦合也可以吧,再或者就平面波不加周期,有衍射也算了


#2

估計你對我們光源/彷真的使用已經有一定的了解了, 基本我能想到彷真斜入射顆粒散射的可能性, 你都給例出來了。[quote=“2015020835, post:1, topic:6575”]

TFSF那么斜入射需要参数扫波长,但只需颗粒上方超过TFSF边界上方放置探测器算散射就可以了。但这样算出来的结果总不太对。
[/quote]

TFSF斜入射參數掃波長的方法按理應該是最準的, 如果你有相關的彷真檔, 我可以看看。

是的, 估計你都可能看過下的KB例子了。
https://kb.lumerical.com/en/index.html?ref_sim_obj_tfsf_custom.html

  • 把金膜弄足够大,这样加周期应该颗粒没耦合

  • 把金膜弄足够大,平面波不加周期,有衍射

理論上兩者都是可以的做法。因為你已經有對彷真方法有了基本的認識, 接下來就是根據你的經驗加上你對彷真的認識來做一個判斷, 或者嘗試多個彷真方法。

最保守的做法就是用TFSF斜入射參數掃波長的方法, 這個方法比較安全, 但可能會比較慢。 你可以在這回信, 我們繼續討論。


#3

您好,我想重复该文献图b所示蓝色线对应90°偏振情况,斜入射角度对应70°,直径200nm金球放46nm金膜上方2nm处。但算出来数据完全对不上的,都没看出明显的峰位吧,很可能就是没收敛,模型设置应该没问题,您可以看看。但我不知道除了网格再划细外还能怎么处理,毕竟像您说的光源用TFSF还是比较靠谱的,用平面波,高斯光那些的话分2步算不一定更快更准确。d200 Au sphere on 46nm Au film above 2nm.fsp (257.0 KB)


#4

给定波长后,SPP仅出现在指定的角度。但是,SPP对网格精度十分敏感,你需要逐步提高精度看看。

另一个办法是用宽光谱的光源(最好是高斯光,用Multifrequency,TFSF也可以近似使用,虽然不同波长的入射角不同),先看看SPP有没有激发。然后再逐步提高网格精度(其它设置都合适的情况下),逐步收敛到需要的波长附近。

既然你判断没有收敛,你需要解决收敛问题。

此外,请参考这个帖子了解其它原因。


#5




您好:我现在直接用宽谱的TFSF来验证这个模型spp是否有被激发,因为sweep实在太慢了,特别是跟网格还比较敏感,网格取很细算一个点都几十小时的。
我开始先只是金膜和玻璃,没有放球,然后TFSF宽谱45°斜入射但出来z2前端散射在800那么强是不是这个波长在这里其实没有激发spp只能透过去了而已?其实放大看500和550是有2个小峰的不知道算不算spp的峰?
然后我同样模型只是加了球,同时金膜和球之间还加了个0.5nm的细分mesh,算出来550有个峰不知道合不合理的?我现在同样模型TFSF单波长sweep看看是不是一样的结果。


#6

初始仿真,你可能没有必要用很细的网格;
“TFSF宽谱45°斜入射但出来z2前端散射在800那么强是不是这个波长在这里其实没有激发spp只能透过去了而已”
有几个问题:
1:TFSF斜入射时,不同波长的实际入射角不同,因此我们一般仅计算一个频率点,其原因与宽光谱平面波斜入射用周期边界相同,参见

2:FDTD仿真时,由于网格误差,低精度仿真时,谐振波长或者吸收峰值波长随网格精度而有一定变化,所以检测固定的一个波长不是很合适
3:你的基底结构和金属膜均有限且小于仿真区,可能产生人为谐振,因此你应将它们扩展到PML之外。
建议:

  1. 如果是斜入射扫描波长,请参考这个帖子
  1. 你也可以用两步的方法,用BFAST(近似)计算斜入射宽光谱结果,参见

https://kb.lumerical.com/en/index.html?ref_sim_obj_tfsf_custom.html
如果入射光波被PML截断产生的衍射误差能被完全消除,此方法就不是近似,你可以尽力将光源靠近散射题,使得衍射场不与散射体有任何的相互作用就可以。


#7

谢谢您的回复,我觉得第一点斜入射扫描波长的可能不太适用,一个个波长扫实在太慢了。第二个建议我想问下是否采用分2步算的形式利用斜入射宽谱高斯光会好些?因为高斯光可以斜入射宽谱而且非周期结构也就是PML边界。而用平面波斜入射宽谱的话确实如您所说会PML截断产生误差吧


#8

高斯光也可以,网上例子就是用的高斯光。只是需要注意,散射体上的光斑应该比较均匀,否则仿真结果可能与平面波照明差别大。


#9

老师您好,平面波不行呢,我设置角度45就出现这个警告框,保存都不行,设置40°就没问题,哎,平面波的没别的办法了么。只能用高斯光了,这高斯光的multi-freq是要选的,plane wave的好像选不了,是默认的吗?还有高斯选了之后这number要不要管的,还是也是自动的?


#10

那是因为你的光源在高折射率材料内,产生全反射了。你应该将光源从空气中注射,结果是一样的。
斜入射时,高斯光可以选multi-freq,而平面波只有BFAST是宽光谱,不需要选,它是一个专门的技术。


#11

因为实验中就是金膜上加个棱镜产生全反射增强耦合形成更强spp的,仿真不需要这玻璃结果也一样是吧?好的,那明白了,这样仿真应该就能快多了。我尽量把仿真区域弄大一些这样PML截断不产生影响,或者也设周期好了,球隔很远也可以认为没有耦合作用


#12

仿真时没有这玻璃不能在所设置的条件下产生SPP,你可以看看理论;
BFAST是一种特殊的光源技术,不能用于产生全反射的情况。
其它的措施是可以的。