036 – FDTD納米線的光散射（僅模型文件，免費）

基本介紹：

• 主要內容：本案例通過matlab解析和FDTD模擬分別計算了半徑100 nm的納米線對TM光的散射截面，兩者完全吻合；

• 基于Lumerical FDTD Solution求解，使用的軟件版本為Lumerical 2020 R2；

• 計算所需的內存：1 GB；

• 涉及的內容：2D-FDTD、場監視器、cross-section分析組、matlab編程 等；

• 繪制了：散射截面隨波長的關系、電場分布；

• 本案例僅包含模型文件，但有一個文字版的建模過程詳解。此案例不附帶答疑指導。

包含的文件截圖：

詳細描述：

如上圖所示，用TM偏振的平面光照射一根無限長的介質納米線，納米線的半徑為100 nm，折射率為2。本案例用FDTD模擬了400 ~ 800 nm波長范圍內的光散射截面以及電場分布，并將結果與matlab解析計算的散射截面相比較。

計算的內容和結果：

1、散射截面。左：FDTD模擬的結果，右：用matlab解析計算出來的結果  ??

2、FDTD模擬的400nm處的電場分布 ??

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免費案例，模型文件請從附件中下載：

036-FDTD納米線的散射（僅模型文件）.zip

文字版建模過程詳解：

1、 雙擊圖標打開Lumerical軟件，然后新建一個FDTD工程文件，如下圖

2、 將窗口的排布顯示成二維排布，如下圖

?

3、 將模型中顯示的單位改成納米（nm），如下圖

4、 在菜單欄點擊Structure→Circle，創建一個圓；右擊circle→Edit object對其進行編輯；在Geometry選項卡將半徑改為100nm，在Material選項卡將折射率改為2，如下圖

5、 在菜單欄點擊Simulation新增一個FDTD求解區域，右擊FDTD→Edit object對其進行編輯。

（1）在General選項卡中，將維度改為2D，將模擬時間改為100 fs；

（2）在Geometry選項卡中，將x改為0，將x span改為2000nm，將y改為0，將y span改為2000nm，將z改為0，其他數值會自動更正，如下圖所示

（3）在Mesh settings選項卡中，將mesh accuracy改為8

（4）其他選項卡中不必進行設置

6、 在菜單欄的Source中點擊Total-field scattering-field，右擊source→Edit object對其進行編輯。

（1）在General選項卡中將偏振角度改為90度

（2）在Geometry選項卡中將x改為0，將x span改為1200nm，將y改為0，將y span改為1200nm，將z改為0，將z span改為1nm，其他數值會自動更正，如下圖所示

（3）在Frequency/wavelength選項卡中將override global source settings前面的勾去掉

7、 在菜單欄點擊Analysis，在右側顯示的對象庫中搜索關鍵詞cross，找到Cross section，然后雙擊Cross section將其添加到左側的對象樹中。

8、 右擊cross section→Edit object對其進行編輯。將名稱改為Csca，將x、y、z坐標改為0、0、0，將x span和y span都改為1700nm。如下圖

9、 在菜單欄的Monitors中點擊Frequency-domain field and power，增加一個場和功率監視器。右擊monitor→Edit object對其進行編輯。

（1）將名稱改為field

（2）在Geometry選項卡中，將monitor type改為2D Z-normal，將x改為0，將x span改為1000nm，將y改為0，將y span改為1000nm，將z改為0，其他數值會自動更正，如下圖所示

10、 在菜單欄的Source中點擊Global properties，將波長范圍改成400 ~ 800 nm

11、 在菜單欄的Monitor中點擊Global properties，勾選“use wavelength sapcing”，將頻率點數改為100，如下圖

12、 制作完成之后的界面如下圖所示

13、 點擊菜單欄上的Run運行計算

14、 等待5秒計算完成后，右擊Csca→Visualize→sigma即可看到散射曲線，如下圖所示。

15、 右擊field→Visualize→E還可以看到電場分布，如下圖所示。

16、 用matlab打開“Scattering_of_nanorod.m”，如下圖點擊紅框中的“運行”，即可得到解析計算的散射截面，與FDTD仿真的曲線完全一致。