037 – COMSOL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COMSOL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COMSOL頻域求解，使用的軟件版本為COMSOL 5.4 (5.4.0.225)；

• 計算所需的內存：4 GB；

• 涉及的內容：自定義方程、組件耦合-積分 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。本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COMSOL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：COMSOL模擬的結果，右：用matlab解析計算出來的結果  ??

2、COMSOL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：

037-COMSOL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COMSOL軟件，然后按照模型向導新建一個工程文件，即：模型向導→二維→電磁波，頻域→波長域→完成，如下圖

2. 在“幾何1”的設置中將長度單位改為nm，方便待會兒修改數值

3. 右擊“幾何1”，增加一個圓，將其半徑改為100nm

4. 右擊“幾何1”再新增一個圓，將其標簽改為空氣，半徑改為1000nm，并增加一個300nm的層，如下圖

5. 點擊“構建所有對象”，然后在繪圖窗口點擊“縮放到窗口大小”，即可看到繪制出的圖形，如下圖所示

6. 在“定義”節點增加一個完美匹配層，用鼠標點擊選中幾何中四周的“層”，將幾何類型改為柱面

7. 右擊“材料”節點，新增一個空材料，將標簽改為納米線，清除所有的選擇區域，然后只選擇中間的圓（也就是納米線），然后將折射率實部填入2

8. 再新增一個“空材料”，標簽改為空氣，選擇除了納米線以外的所有區域，在折射率實部中填入1

9. 在“電磁波，頻域”節點將公式改為散射場，背景波類型改為高斯光束，束流方向改為沿y軸，束流半徑改為1m，這樣我們用一個束流半徑極大的高斯光束來近似成一個平面波

10. 右擊定義→組件耦合→積分，將“幾何實體層”改為邊界，按下圖所示選中標藍的四個邊界

11. 右擊定義→變量，輸入3個變量，分別為：

這三個變量分別代表入射光強、散射功率、散射截面。由于我們這里使用二維建模，所以散射截面的單位不是面積單位，而是長度單位m

12. 在“網格”節點點擊“全部構建”，可以看到自動構建出來的網格。

13. 在“步驟1：波長域”節點將波長單位改為nm，點擊“范圍”圖標，在彈出的對話框中將起始、步長、停止分別填入400、5、800，然后點擊“替換”，這樣波長就被替換為“range(400,5,800)”

14. 最后，點擊“計算”運行計算，稍等片刻

15. 計算完成之后，窗口中會自動畫出電場分布

16. 右擊“結果”，增加一個一維繪圖組，將標簽改為“散射截面”，取消勾選“顯示圖例”

17. 右擊 “散射截面”一維繪圖組，新增“全局”圖，在表達式中輸入“Csca”，單位改成m

18. 點擊繪制，就可以在繪圖窗口中看到散射截面的曲線

19. 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COMSOL仿真的曲線完全一致。