贵金属纳米颗粒周期性阵列的吸收光谱仿真问题

您好,想麻烦问一下关于周期性的金属纳米颗粒阵列吸收光谱的仿真问题,

  1. 单个金属纳米颗粒的仿真我用的是TFSF光源,想问一下周期性的阵列仿真也用TFSF光源吗?
  2. 我现在是尝试着用TFSF光源,将光源的尺寸设置的相对于结构无限大,FDTD仿真区尺寸是周期性结构的最小重复单元,使用的是周期性边界条件,但是运行之后没有结果,想麻烦帮我分析一下可能是什么问题吗?仿真文件20160317 xishou.fsp (269.7 KB)

A1:周期结构一般使用平面波最简单,TFSF也可以但是没必要。
A2:你的光源位于仿真区之外,当然不行了。
此外,你的监视器也有类似问题;
最关键的,你的结构周期正确吗?从哪里到到哪里是一个周期?仿真区必须是一个周期,你再想一想,然后修改。
我给你添加一个平面波光源。20160317 xishou.fsp (275.3 KB)

非常感谢您的回复和指导,根据您的建议我修改了仿真文件,我改用了平面波,把仿真区、光源还有监测器都设置的一样大,如下图所示


但是一运行之后,还是算不出结果,而且光源还自动变大了,运行后的仿真文件如下zhouqi Au xishou 20170323.fsp (549.5 KB)
麻烦再帮忙看看哪里不对了,谢谢!


周期结构一般用 平面光+周期边界条件(为了减小仿真时间,我采用了对称边界)
周期结构一般是采用 A=1-R-T 来计算吸收谱的,我在你的模型上下各加了一个功率监视器。采用脚本计算吸收谱,得到第一幅图(mesh =1nm)。
PS:但是我发现,你的金属球半径只有15nm,而仿真波长>300nm,球之间的间隔就更小了,于是我猜想,你这个结构和单纯的15nm厚的金箔的吸收应该差不多,果不其然。下面是15nm厚金箔在同样仿真条件下得到的吸收谱。

R_T.lsf (122 字节)
LJY.fsp (322.2 KB)

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@Junyu_Li 谢谢测试!
@lxiang
为了更精确,光源和监视器可以大于仿真区,以免边界上可能出现问题。光源还自动变大是软件的功能,目的就是为了避免有可能的误差。

非常感谢您的亲自测试和指导。根据您的建议我也修改了自己的仿真文件。但还是有几个问题想继续跟您请教一下:

  1. 根据A=1-R-T,那是不是需要对仿真结果T和R做后续的数据处理,通过处理得到A的光谱?
  2. A=1-R-T,对于平面波是二维的,把监测器放在光源后认为是R,把监测器放在经过物体后认为是T。但是当我仿真单个的贵金属纳米颗粒或者有限的纳米结构阵列时,我会使用TFSF光源,TFSF光源本身就是个box,三维的。原来我是把监测器或者分析组放在光源内物体外就认为是A了,这样是不是不对?此时把分析组放在光源外,是不是仿真出来的是R+T?具体的可以参见我仿真单个的金球吸收光谱的仿真文件,如下20170317 Au xishou.fsp (286.9 KB)

    再次感谢您的回答,谢谢!

A1:是的。
A2:单个粒子不是周期的,不要用R/T评价它,计算R/T没有任何意义:光源越大透射的就越多,反射的就越少。但是计算吸收是可以的,可以直接用吸收组,参见
https://kb.lumerical.com/cn/index.html?getting_started_particle_scattering.html

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对,正如孙老师所说,仿真非周期结构所谓的 “透射”“反射”没有实际意义,因为它们都和光源大小密切相关,而不太能反应非周期结构的一些性质。 对于非周期结构我们一般研究它的散射截面、吸收截面和消光截面。具体定义在老师给出的网页里面有详细介绍!

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谢谢您的回复。我看了链接里的例子和资料,现总结了一下我的理解。
Q1. 对于单个粒子或者非周期性的结构,提及散射光谱或者消光光谱没有意义,只能计算其吸收光谱。
Q2. 对于非周期性的结构,可以通过吸收截面计算其吸收的总功率,通过散射截面计算其散射功率,只是此时的散射功率会受到光源大小的影响,所以计算的只是在某一个大小光源下的散射功率和消光功率。
Q3. 而对于周期性的结构,可以结合平面波和功率监测器,认为监测器放在平面波外计算的是R,监测器放在平面波内计算的是T,然后通过对数据进行后期处理A=1-R-T,得到其吸收光谱。
以上是我根据老师的指点,对于之前提出的问题的理解。麻烦老师帮忙看一下我的理解是否都是正确的。
非常感谢两位老师的指导。

不对,反了!
对于单个粒子或者非周期性的结构,散射光谱或者消光光谱以及吸收光谱都有用!

不对,非周期可以计算散射、吸收和消光截面积,参见
https://kb.lumerical.com/cn/index.html?getting_started_particle_scattering.html
一般不计算功率。

A3:正确。

谢谢老师的回复。
应该是这样的,对于非周期性结构,单讲散射和透射没有意义,因为散射和透射都和光源大小有关。但是仍然可以计算其散射截面积和消光截面积,因为散射截面积和消光截面积都是把入射光源强度除掉了,如果是二维仿真,结果是个长度单位。所以对于非周期性结构,其吸收光谱、散射光谱和消光光谱也都是可以计算的。
老师,那是不是软件计算出的光谱图的纵坐标就是相应的截面面积?

老师您好,
软件计算仿真出的光谱图纵坐标表示什么啊?是相应的截面面积吗?如果是截面面积,那对于周期性的结构,在得到散射光谱和透射光谱后,怎样对数据进行处理得到吸收光谱呢?怎样根据A=1-R-T对数据进行处理啊?

老师您好,我现在知道了如果添加功率监测器,计算出的结果纵坐标不是截面面积,但是横纵坐标都表示什么呢?看计算结果时是不是想要看光谱图,应该看T啊?

对于周期结构,你通过功率监视器得到T和R之后,可以使用脚本计算A=1-R-T,也可以直接把R和T数据导出之后,用其他数据处理软件计算A。此时,功率监视器的纵坐标表示的是,透过率(透过监视器的能量占光源发出能量的百分比)。

对于非周期结构,用软件分析组得到的结果纵坐标,应该是截面面积!横坐标一般是波长/频率。

PS:建议你好好研究一下这个例子!https://kb.lumerical.com/en/index.html?particle_scattering_getting_started.html

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你需要了解分析组中一些参数的意义和量纲,例如
transmission

sourcepower
sourceintensity

以及Junyu的回复。

我明白了,谢谢老师的耐心回复和指导。

我明白了,谢谢老师的耐心回复和指导。

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周期性的结构因为有周期性边界条件,所以可以避免边界外的环境对我们模拟结构的影响。对我们模拟结构来说,是相对理想化的状态。也就是说,对于周期性结构,我们只要设置了周期性边界条件,就可以不考虑外界的任何影响。(我是这样理解的,不对的表达请更正)

后续数据处理:我是这样做的(不用分析组的情况如下):
将监视器中的R和T导出txt文本文件,再将这两个txt数据导入到excel中,选择性粘贴(减)到数据列1中。就可以得到1-R-T。
就像老师说的,也可以用分析组计算。可以在分析组中设置:将txt文本文件直接保存到相应的文件夹中。再在excel中像上面那样进行后续数据处理。

用脚本很简单,就是分别得到R,T(周期结构):
R=transmission(“monitor_R”);
T=transmission(“monitor_T”);
其它的参见

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