基于FDTD腳本驅動的全流程：微型球體聚合空心球殼nanojet建模、散射光場及散射效率曲線繪制實踐

焚天神劍

關鍵詞：FDTD腳本編碼，全流程，異型球體建模，nanojet散射，散射效率曲線

本設計運用FDTD腳本全流程，針對微型球體聚合的空心球殼nanojet展開深入探究。從建模著手，精心調試各項參數，成功搭建出精準且完善的模型，精準復現了空心球殼的結構特征。在散射光場模擬環節，其呈現效果與預期幾近一致，直觀展現出光與納米結構相互作用的細節。散射效率曲線繪制結果表明，不同球殼半徑在各異波長下呈現出穩定的差異規律。此項設計為納米光學研究、微納器件制備等領域提供了有力支撐，極具應用潛力。

1. 結構設計

納米球的外形輪廓如下圖左所示，預計產生的光場散射效果如右圖所示。

圖1 預期球殼外形以及散射效果

粗糙表面納米二氧化硅空心球，300-2500nm的波長，球殼的直徑200-1000nm，外部小球40nm。對球體進行編程建模，形成FDTD的參數列表以及模糊化處理的編碼。編碼的優勢為波長范圍、頻率采樣率、球殼半徑、微球半徑以及材料靈活設置，一鍵式操作。

圖2 model參數設置以及編碼

形成如下結構樹以及規律排列的球形微球陣列。

圖3 結構樹以及建模效果

1. 掃描設計

結構掃描個性化編碼，設置好掃描數量和范圍，仿真后形成下列仿真好的文件（需要經過一些仿真時間）。

圖4 掃描腳本以及生成的仿真結果

1. 散射光場、效率曲線

首先，基于第二節的仿真結果，選取特定球殼半徑以及波長序號，生成光場圖，見下圖效果。

圖5 散射光場繪制腳本以及提取的散射場

接著，提取掃描所有球體的仿真結果，形成散射效率曲線。

圖6 散射曲線繪制腳本以及最終繪制的散射曲線

1. 總結

本設計基于FDTD腳本完成了微型球體聚合的空心球殼nanojet的全流程建模，散射光場效果與預期貼近，且散射效率曲線表明不同球殼半徑在不同波長下存在固定差異，實現了較為完善的模擬研究。

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