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CST纳米光学 --- SPP 近场激发,石墨烯,纳米电偶极子,频域FRO求解

来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2023-10-19 | 753 次浏览 | 分享到:

表面等离子激元震荡SPR也可以通过近场的纳米天线激发,这期我们看看石墨烯(Graphene)的圆盘仿真SPR。

 

用等离子激元模板,用宏工具定义石墨烯:

                           

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该宏会生成两个石墨烯的材料,一个是表面阻抗类型,适合无厚度的二维材料,另一个是多阶色散类型,适合有一点厚度的三维材料。

 

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可查看材料曲线,下面还有一个表面电导率的曲线,这个的倒数就是表面阻抗用的曲线。

 

 

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还有一些石墨烯的参数自动生成,其中石墨烯的厚度参数要和三维材料一致(如果用色散模型)。

 

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下面我们开始建模,画一个二维的圆盘:

  

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开启WCS,上移圆盘半径百分之一的高度,此处为纳米电偶极子中心。

 

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偶极子尺寸如下,端口阻抗为5000欧姆,所以很少量的电磁波辐射到远场。

 

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添加很多远场监视器,因为我们要计算辐射功率的曲线,所以要很多远场频点:

 

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边界为open(add space),可用磁边界对称:

 

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初始网格比较粗糙:

 

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根据天线尺寸,我们可以限定最小网格尺寸:

 

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加密网格尺寸比:

 

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本地加密石墨烯:

 

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加密后网格(未进行自适应):

 

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由于远场频点众多,我们可用频域fast reduced order 算法;由于辐射功率非常小,我们需要调高精度:

 

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开始仿真。大概10THz的带宽,几百个远场,笔记本计算约10分钟。查看不同频率远场:

 

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查看辐射功率曲线,可见辐射功率总体都很低,但由于近距离的石墨烯,有些频率的辐射发生增强,也就是表面等离子激元震荡效果。为了更好的观察辐射功率,我们另仿真该天线空间辐射,然后将该辐射功率对其归一化。

 

 

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将圆盘改成真空,仿真。

 

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将两个功率曲线相除,可见某些频率的辐射加强几十倍:

 

 

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最后看一下石墨烯的波散射,电场Z分量:

4.5THz:

 

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9.3THz:

 

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参考:Balaban,M. V., Shapoval, O. V., & Nosich, A. I. (2013). THz wave scattering by agraphene strip and a disk in the free space: integral equation analysis andsurface plasmon resonances. Journal of Optics, 15(11), 114007.doi:10.1088/2040-8978/15/11/114007 

 

小结:

1.     CST宏工具方便建立石墨烯材料模型, 模型基于:L. Falkovsky, “Optical properties of graphene”, Journal ofPhysics, 2008

2.    频域FRO适合多远场计算。

 

(内容、图片来源:CST仿真专家之路公众号,侵删)

 

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