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CST软件的非线性光学 --- 光栅,Chi2材料,傅里叶级数,二次谐波增强

来源: | 作者:thinks | 发布时间: 2023-10-20 | 895 次浏览 | 分享到:

这回我们不用CST软件的模板,直接开个新的项目,调制单位,输入一系列参数:

 

CST软件 

                           

CST软件 

 

CST软件频率范围:

 

CST软件 

 

画个金属方块:

 

CST软件 

 

CST软件 

 

再画个介质在中间:

 

CST软件 

 

CST软件 

 

添加新材料,硒化镉,二阶非线性:

 

 

CST软件 

 

 

CST软件 

 

 

CST软件 

 

将中间介质换成硒化镉:

 

CST软件 

 

用宏生成银材料:

 

CST软件 

 

CST软件 

 

可将材料改颜色区分:

 

CST软件 

 

CST软件 

 

 

CST软件添加平面波,场强参数化:

 

CST软件 

 

CST软件定义新的激励信号,这里我们要看二次谐波,所以只需要激励基础频率,就是正弦波:

 

CST软件 

 

这里参数N是周期个数,T是周期,我们给起始两个周期过渡:

 

CST软件 

CST软件 

背景添加半个波长:

 

CST软件 

 

边界是电和磁,这样配合平面波的极化方向,打开CST软件就能用TM模式激励出表面等离SPP。

 

CST软件 

 

CST软件 

 

 

CST软件 

 

下面我们添加E和H的监视器,位置在Z+方向接近边界处。

 

CST软件 

 

CST软件 

 

CST软件 

 

CST软件加密网格:

 

 

CST软件 

 

全局加密中,可不选consider PEC/lossy only, 因为我们用的都是可透过类型的材料,这样边缘加密会更好一点。

 

CST软件 

 

CST软件 

 

将自定义信号作为激励信号:

 

CST软件 

 

CST软件仿真时间就和激励信号时间一样长,不选自动采样,这样尽可能采样多一些。

 

CST软件 

 

CST软件 

 

开始仿真。结束后,查看探针的信号,可见后期基本稳态了。

 

CST软件 

 

CST软件 

 

CST软件 

 

下面我们获取稳态探针信号的傅里叶级数,这样电场磁场就可以组合成光强(intensity),不同谐波的光强都有。

 

先用x-Resample模板提取最后一个周期:

 

CST软件 

 

CST软件 

 

CST软件 

 

CST软件 

 

再用傅里叶级数对其计算,我们算到4阶谐波就可以了:

CST软件 

 

CST软件 

 

CST软件 

 

然后将电场磁场合成功率:

 

CST软件 

 

功率结果提取基础频率:

 

CST软件 

 

功率结果提取二阶谐波:

 

CST软件 

 

CST软件 

 

 

CST软件 

 

CST软件 

 

最后将两个强度对比,得到二阶谐波的生成效率:

 

CST软件 

 

CST软件 

 

CST软件有了这个量,下面我们对这个量进行自适应加密,重新参数扫描仿真:

 

CST软件 

 

添加新的参数,特殊归一化的入射场强,然后将E0与该参数和非线性材料的参数联系起来:

 

CST软件 

 

参数扫描:

 

CST软件 

 

结束后看结果:

CST软件 

 

CST软件 

 

与文献一致:

 

CST软件 

 

如果CST软件加个场监视器,可见表面等离子激元模式传播:

 

CST软件 

 

CST软件 

 

 

小结:

1.    光学中的Intensity(简写I)就是仿真中的功率。

2.    本案例的两个材料,一个是二阶非线性的硒化镉,一个是Drude模型的银。

3.    CST软件的结果显示,虽然我们只激励一个频率,但是在表面等离子激元传播过程中,由于材料的非线性,生成了二次谐波,并且与激励的场强成指数关系增长。

 

(内容、图片来源:CST仿真专家之路公众号,侵删)

 

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