等離子體光學(xué)的案例
Lumerical案例 | 基于MIM雙環(huán)諧振器的等離子體光學(xué)生物傳感器
近日，一項(xiàng)發(fā)表于《Scientific Reports》的研究為這一困境提供了解決方案[1] —— 基于金屬-絕緣體-金屬（MIM）雙環(huán)諧振器的等離子體光學(xué)生物傳感器，以其超高靈敏度、快速響應(yīng)及多細(xì)菌區(qū)分能力，有望重塑細(xì)菌檢測(cè)技術(shù)格局。
細(xì)菌檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與痛點(diǎn)
細(xì)菌感染仍然是全球發(fā)病率和死亡率的主要原因，診斷延遲往往會(huì)加劇臨床結(jié)果。然而，傳統(tǒng)檢測(cè)手段存在顯著短板：微生物培養(yǎng)需數(shù)天時(shí)間，PCR與酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）技術(shù)依賴實(shí)驗(yàn)室條件且操作復(fù)雜，難以在資源有限地區(qū)推廣應(yīng)用。即便在技術(shù)相對(duì)成熟的場(chǎng)景，這些方法對(duì)早期感染的低濃度細(xì)菌也常出現(xiàn)漏檢，延誤治療時(shí)機(jī)。
近年來，光學(xué)生物傳感器憑借無標(biāo)記檢測(cè)、實(shí)時(shí)分析、可微型化等優(yōu)勢(shì)成為研究熱點(diǎn)，其中等離子體傳感器因?qū)植空凵渎首兓某呙舾行悦摲f而出。表面等離子體激元（SPPs）在金屬-介質(zhì)界面的激發(fā)，可將電磁場(chǎng)強(qiáng)局域化，極大增強(qiáng)光與生物分子的相互作用，為高靈敏度檢測(cè)奠定基礎(chǔ)。但現(xiàn)有技術(shù)在特異性、多參數(shù)優(yōu)化及實(shí)際環(huán)境適應(yīng)性上仍有提升空間。
MIM 雙環(huán)諧振器傳感器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
（一）核心結(jié)構(gòu)：MIM雙環(huán)諧振器的設(shè)計(jì)
該傳感器采用MIM雙環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，核心由兩層金屬夾一層介質(zhì)基板構(gòu)成，通過納米環(huán)與垂直臂的巧妙布局實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)強(qiáng)約束。具體設(shè)計(jì)中，金納米環(huán)與金背反射器的組合被選為最優(yōu)方案——金具有優(yōu)異的等離子體共振特性與化學(xué)穩(wěn)定性，可有效減少生物環(huán)境中的干擾；絕緣介質(zhì)基板由一層制成，厚度經(jīng)優(yōu)化后確保電磁場(chǎng)與分析物的高效作用；傳感器整體結(jié)構(gòu)參數(shù)通過粒子群優(yōu)化（PSO）算法迭代優(yōu)化，最終確定關(guān)鍵尺寸如表1所示。
展開 什么是等離子體（Plasma）？
我們?cè)?em>等離子體理論中，明確定義，一切傳統(tǒng)科學(xué)所定義的宇宙、星系、恒星、行星、原子、質(zhì)子、電子、中子、植物、動(dòng)物、人類、外星人和生命，都被定義為，是具有不同質(zhì)量和磁引力場(chǎng)強(qiáng)度的等離子體。
我們對(duì)“物質(zhì)”的定義為：多個(gè)等離子體相互作用，在環(huán)境中獲得磁引力場(chǎng)的平衡后，組合在一起的分子狀態(tài)。
所有磁引力場(chǎng)強(qiáng)度處于物理世界這個(gè)層面的等離子體，在物理維度中存在著不同的狀態(tài)：
1、甘斯?fàn)顟B(tài)：
在環(huán)境中作為單個(gè)、獨(dú)立、完整的等離子體存在，具有自己的中心旋轉(zhuǎn)內(nèi)核與整體的磁引力場(chǎng)，與環(huán)境的磁引力場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生球形的磁層圈，具有自我意識(shí)，可以自我維持，不斷尋找并維持與環(huán)境的磁引力場(chǎng)平衡，這樣的等離子體，被定義為——等離子體的“甘斯”狀態(tài)。甘斯作為一個(gè)等離子體，在中心有一個(gè)旋轉(zhuǎn)內(nèi)核，這個(gè)內(nèi)核的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)創(chuàng)造了從中心向外釋放、流動(dòng)的磁場(chǎng)——磁力場(chǎng)，和從外向內(nèi)聚集、流動(dòng)的磁場(chǎng)——引力場(chǎng)。
當(dāng)甘斯（等離子體）磁力場(chǎng)向環(huán)境釋放磁引力場(chǎng)能量的時(shí)候，同時(shí)引力場(chǎng)也在從環(huán)境中吸收磁引力場(chǎng)能量，這樣同時(shí)一放一收、一出一進(jìn)，形成良性循環(huán)，維持整體的平衡，在初始質(zhì)量上就不會(huì)有任何減少與消耗，向環(huán)境釋放的磁引力場(chǎng)能量越多，同時(shí)從環(huán)境中吸收的磁引力場(chǎng)能量也越多，作為能量的供給，維持整體的平衡，通過這樣的方式，任何一個(gè)甘斯（等離子體）就具有了無限可用的能量，可以在宇宙維持自身的永恒存在。這種無限與永恒，并不是通過貪婪的從環(huán)境中獲取更多，讓自己的質(zhì)量變得更大，大到可以讓自己永恒存在，這種貪婪的方式是不可能讓自己永恒的，因?yàn)楂@得在多，質(zhì)量在大，也還是有個(gè)具體數(shù)字的，仍然是有限的，而無限是沒有具體數(shù)字的，通過同時(shí)一出一進(jìn)、一放一收的無限循環(huán)，就完美的實(shí)現(xiàn)了永恒，即使是一個(gè)初始質(zhì)量非常非常小的等離子體，仍然可以通過這樣的方式在宇宙中自我維持，獲得永恒存在。
展開 全球首創(chuàng)多通道等離子體點(diǎn)火器
此外，該院還在航空等離子體動(dòng)力學(xué)國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室支持下研發(fā)了滑動(dòng)弧等離子體燃油噴嘴，顯著拓寬點(diǎn)熄火邊界，并提高燃燒效率。這兩項(xiàng)技術(shù)均為自主創(chuàng)新、領(lǐng)先國外的技術(shù)，尤其對(duì)航空制高點(diǎn)一一高超飛行器的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展有重要作用。
來源：陜西傳媒網(wǎng)、中國網(wǎng)·絲路中國頻道綜合
comsol等離子體模塊
等離子體模塊模擬出來 電子密度沒有流柱 是啥原因啊
等離子體油煙凈化器的原理
等離子體油煙凈化器是根據(jù)低溫等離子體凈化原理和機(jī)械離心原理設(shè)計(jì)的，由離心分離段、高效過濾段、低溫等離子體凈化段、消聲段等組成。
1。離心分離段：采用機(jī)械除油技術(shù)，風(fēng)機(jī)煤氣動(dòng)力凈化油煙。利用流體力學(xué)的雙向流動(dòng)理論，實(shí)現(xiàn)了葉輪內(nèi)油煙的分離。通過改變?nèi)~片的角度和葉片的形狀，油煙分子在葉輪盤和葉片上碰撞積累。油煙呈顆粒油霧狀，被離心力拋入箱體內(nèi)壁，從漏水的油管中流出。
2.高效過濾消聲段：經(jīng)過前端處理后，大部分油煙被去除，而大部分逸出的微米煙經(jīng)高效過濾段(粗濾和細(xì)濾)處理后被過濾，剩余的亞微米油霧顆粒和煙氣中的有毒有害物質(zhì)和氣味進(jìn)入低溫等離子體凈化段。
本實(shí)用新型具有吸聲降噪功能，有效地控制了設(shè)備的整體噪聲。
3。低溫等離子體凈化段：該部分主要采用電暈放電法產(chǎn)生高濃度離子，然后利用等離子體使煙氣中的顆粒以不同的(正負(fù)電荷)通過電場(chǎng)通過電場(chǎng)，使煙氣中的顆粒通過電場(chǎng)被吸引、凝聚，單個(gè)體積增大并堆積成大質(zhì)量和沉降，從而凈化煙氣，有效地收集小到亞微米大小的油煙顆粒。與直接用電場(chǎng)板吸附油煙顆粒的靜電凈化方式不同，可以延長電場(chǎng)的有效工作時(shí)間，實(shí)現(xiàn)低碳操作。
血漿是一種聚集物質(zhì)。當(dāng)高能電子與油煙中的分子發(fā)生碰撞時(shí)，會(huì)發(fā)生一系列的基本物理化學(xué)反應(yīng)，并在反應(yīng)過程中產(chǎn)生各種活性自由基和生態(tài)氧，即臭氧分解產(chǎn)生的原子氧。活性自由基能有效地破壞各種病毒和細(xì)菌中的核酸和蛋白質(zhì)，使其無法進(jìn)行正常的代謝和生物合成，從而導(dǎo)致其死亡，而生態(tài)氧則能將油煙分子的氣味氣體迅速分解或減少為低分子無害物質(zhì)。
4.設(shè)備末端設(shè)有獨(dú)立的消聲段，采用優(yōu)質(zhì)玻璃纖維消聲材料，采用內(nèi)孔網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系，使聲波容易有效地進(jìn)入纖維體的深層，將聲能量轉(zhuǎn)化為振動(dòng)能，以保證設(shè)備的噪聲得到降低。
展開 使用 COMSOL 進(jìn)行等離子體化學(xué)仿真
重物質(zhì)傳遞系數(shù)
對(duì)于所有重物質(zhì)，等離子體接口中的默認(rèn)設(shè)置是基于動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)。用于計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)的方程使用了每種物質(zhì)的摩爾質(zhì)量、勢(shì)特征長度、勢(shì)能最小值和偶極矩。（你可以在參考文獻(xiàn)4和等離子體模塊用戶指南文檔的物質(zhì)傳遞屬性部分了解有關(guān)此方程的更多信息。你可以手動(dòng)引入此信息，也可以使用預(yù)設(shè)物質(zhì)，如圖4所示。對(duì)于離子，默認(rèn)情況下，使用擴(kuò)散系數(shù)和愛因斯坦關(guān)系計(jì)算物質(zhì)遷移率。但是，也可以選擇指定遷移率并使用愛因斯坦關(guān)系計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)。要了解如何將離子遷移率用作一般意義上的電場(chǎng)函數(shù)，請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn)5。
圖4 模型開發(fā)器顯示了用戶定義的氬氣和氧氣混合物的等離子體化學(xué)物質(zhì)的功能。
數(shù)據(jù)來源
如果沒有等離子體化學(xué)和相關(guān)數(shù)據(jù)，也可能很難獲得。需要大量的文獻(xiàn)研究，在許多情況下也需要大量的猜測(cè)工作。在這里，我們重點(diǎn)介紹可用于查找與等離子體化學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)的參考文獻(xiàn)。例如，參考文獻(xiàn)6介紹了如何開發(fā)等離子體化學(xué)。作者還提供了等離子體化學(xué)數(shù)據(jù)的其他參考資料，并討論了如何估算數(shù)據(jù)。參考文獻(xiàn)2 和參考文獻(xiàn)3是關(guān)于等離子體物理和等離子體化學(xué)的教科書，并提供等離子體化學(xué)數(shù)據(jù)。參考文獻(xiàn)5包含將離子遷移率用作電場(chǎng)函數(shù)的示例。為了獲得電子碰撞反應(yīng)，我們建議使用 LXCat 數(shù)據(jù)庫。
獲得完整的等離子體化學(xué)的最簡(jiǎn)單方法是找到一篇已經(jīng)完成的論文。參考文獻(xiàn)7和參考文獻(xiàn)8中提供了這方面的一個(gè)例子，作者分別介紹并討論了氬氧混合物和氯等離子體的等離子體化學(xué)成分。作者使用全局模型來研究化學(xué)物質(zhì)，并使用實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
開發(fā)等離子體化學(xué)的工作流程
等離子體化學(xué)通常用于對(duì)等離子體反應(yīng)器進(jìn)行建模。但是，最好將等離子體化學(xué)的制備與反應(yīng)器模型的創(chuàng)建分開。設(shè)置反應(yīng)器模型時(shí)，建議使用簡(jiǎn)單的等離子體化學(xué)（如下面示例1 部分中的化學(xué)成分）以避免與等離子體化學(xué)相關(guān)的問題。
展開 OptiMode應(yīng)用矢量有限元法模擬表面等離子體激元
這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質(zhì)界面具有電場(chǎng)強(qiáng)度極值，由于其對(duì)任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應(yīng)用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結(jié)構(gòu)的導(dǎo)模。
等離子體平均功率流圖
1. 應(yīng)用
?
亞波長光學(xué)
?
傳感
?
信號(hào)傳輸
?
光學(xué)偏振器
?
彎曲波導(dǎo)
2. 優(yōu)勢(shì)
?
VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導(dǎo)
?
搜索具有復(fù)值模式指數(shù)的模態(tài)
?
高階插值混合向量/節(jié)點(diǎn)元素,可以準(zhǔn)確地捕捉到金屬與電介質(zhì)交界面附近的高電場(chǎng)強(qiáng)度
?
三角網(wǎng)格尺寸能夠適應(yīng)高精度材料屬性
?
利用波導(dǎo)的對(duì)稱性，可以降低仿真域并把具有特定對(duì)稱性的模態(tài)作為目標(biāo)
?
VFEM快速而且精確
3. 仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復(fù)介電常數(shù)材料，并使用特別適合對(duì)高對(duì)比度介電界面進(jìn)行建模的矢量基函數(shù)來表示。其中一個(gè)很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計(jì)算表面等離子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
該結(jié)構(gòu)在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數(shù)為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數(shù)是-19-j0.53[1]。該傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)不僅僅有高介電常數(shù)對(duì)比度組成，同時(shí)具有較高的橫縱比，即寬度遠(yuǎn)大于厚度。
利用對(duì)稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應(yīng)波導(dǎo)厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個(gè)主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結(jié)構(gòu)。
展開 OptiMode應(yīng)用矢量有限元法模擬表面等離子體激元
這些表面等離子體激元(SPPs)在金屬電介質(zhì)界面具有電場(chǎng)強(qiáng)度極值，由于其對(duì)任意接近該表面的改變極其敏感通常可用于傳感應(yīng)用。利用合適的模式解算器可以得到具有2D結(jié)構(gòu)的導(dǎo)模。
等離子體平均功率流圖
1.應(yīng)用
?亞波長光學(xué)
?傳感
?信號(hào)傳輸
?光學(xué)偏振器
?彎曲波導(dǎo)
2.優(yōu)勢(shì)
?VFEM模式求解器可輕松處理高橫縱比的波導(dǎo)
?搜索具有復(fù)值模式指數(shù)的模態(tài)
?高階插值混合向量/節(jié)點(diǎn)元素,可以準(zhǔn)確地捕捉到金屬與電介質(zhì)交界面附近的高電場(chǎng)強(qiáng)度
?三角網(wǎng)格尺寸能夠適應(yīng)高精度材料屬性
?利用波導(dǎo)的對(duì)稱性，可以降低仿真域并把具有特定對(duì)稱性的模態(tài)作為目標(biāo)
?VFEM快速而且精確
3.仿真描述
矢量有限元法（VFEM）模式求解器接收復(fù)介電常數(shù)材料，并使用特別適合對(duì)高對(duì)比度介電界面進(jìn)行建模的矢量基函數(shù)來表示。其中一個(gè)很好的例子就是使用VFEM模式求解器來計(jì)算表面等離子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
該結(jié)構(gòu)在研究中背面顯示為黑色輪廓線，中心范圍的銀由介電常數(shù)為4的材料圍繞。材料銀在633nm波長的介電常數(shù)是-19-j0.53[1]。該傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)不僅僅有高介電常數(shù)對(duì)比度組成，同時(shí)具有較高的橫縱比，即寬度遠(yuǎn)大于厚度。
利用對(duì)稱邊界和如[1]中分類的模式組合，相應(yīng)波導(dǎo)厚度模式的色散曲線如圖1所示。所有模式具有一個(gè)主Ey分量，該分量有TM模組成并具有無限寬度結(jié)構(gòu)。
圖1 模態(tài)指數(shù)作為銀厚度的函數(shù)
對(duì)于厚度值較小的一些模式表現(xiàn)出較小的損耗，如SS0模式，其Ey分量關(guān)于x和y軸對(duì)稱。SS0模式備受關(guān)注，因?yàn)槌似漭^低的損耗，其坡印廷矢量與一個(gè)光纖(HE11)的基模在形狀上極為相似[1]。
SS0模式的坡印廷矢量沿軸傳輸顯示在背面；注意的是，功率在交界面的限制遠(yuǎn)大于中心。
展開 粗論COMSOL等離子體仿真
接下來小編結(jié)合大部分人遇到的問題談一談使用COMSOL對(duì)等離子體進(jìn)行仿真的困難！
1.首先我們要清楚COMSOL能仿真哪些等離子體現(xiàn)象？
這不是一個(gè)絕對(duì)的能或不能的問題。如果我們單純指comsol的等離子體模塊，那可以仿真的等離子體類型有很多。等離子體模塊的控制方程就是所謂的流體模型（即漂移擴(kuò)散近似D-DA），我們知道等離子體仿真包括流體模型，粒子模型，混合模型。而流體模型針對(duì)不同的等離子體類型又有不同的‘變種’。比如常見的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)低溫等離子體反應(yīng)器如CCP,ICP，電暈，大氣壓的streamer，jet，直流輝光，這幾大類都可以使用漂移擴(kuò)散的流體模型。那么對(duì)于等離子體反應(yīng)物種仿真，comsol也提供了全局模型。對(duì)于局部電場(chǎng)較高的情況下，提供了局部場(chǎng)（LFA）近似模型。
還有一類采用swarm參數(shù)的模型，比如電離系數(shù)，復(fù)合系數(shù)等均為局部電場(chǎng)的函數(shù)，這類模型可以使用PDE模塊。
如果想模擬局域或非局域熱平衡狀態(tài)的低溫等離子體，比如電弧，等離子體炬等熱等離子體，其控制方程為磁流體力學(xué)方程組，此時(shí)等離子體模塊將不再適用。而改用組合使用CFD和電磁場(chǎng)模塊。不要再嘗試用不適合的模型求解某個(gè)特定問題，那都將是徒勞。
原則上，只要仿真的物理模型為可數(shù)值求解的PDE方程組均可以使用comsol進(jìn)行求解。
2.等離子體模塊的氣壓限制
氣壓不能太低（小于0.01Pa，但實(shí)際上針對(duì)不同的放電類型，有些類型的最低氣壓限制可能更高），因?yàn)闅鈮哼^低等離子體已不能使用流體描述，流體模型將不再適用。
3. 網(wǎng)格的影響，難度****
網(wǎng)格不光影響計(jì)算精度，還嚴(yán)重影響計(jì)算收斂性，特別是等離子體仿真。網(wǎng)格要“合適”不能過疏也不能過密。
展開 基于comsol進(jìn)行等離子體缺陷的二維微結(jié)構(gòu)電磁調(diào)制仿真
關(guān)鍵詞：微結(jié)構(gòu)器件；禁帶效應(yīng)；等離子體缺陷；開關(guān)調(diào)控；電磁波調(diào)制
光子晶體是一種介電常數(shù)呈周期變化的材料，通常通過調(diào)節(jié)介質(zhì)材料與空氣或其他具有折射率差異材料間的周期排列結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電磁波透射率在特定頻段下出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，在當(dāng)前的電磁調(diào)制器件開發(fā)中有著極為廣闊的應(yīng)用前景。但受限于光子晶體器件調(diào)制功能較為單一、調(diào)制靈活性較低這一問題，本文通過在現(xiàn)有光子晶體中設(shè)置等離子體二維點(diǎn)缺陷，利用禁帶缺陷態(tài)效應(yīng)，顯著提高了電磁調(diào)制器件的調(diào)制效率和靈活性，對(duì)于高效電磁調(diào)制器件的開發(fā)設(shè)計(jì)與有限元仿真具有一定借鑒意義。
本文主要從點(diǎn)缺陷和設(shè)置及電磁調(diào)制響應(yīng)Comsol仿真仿真展開，基于禁帶缺陷態(tài)調(diào)制理論，本文選擇三角形晶格結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，選用氧化鋁為纖維棒作為微結(jié)構(gòu)介質(zhì)材料進(jìn)行二維建模，氧化鋁纖維折射率為3.08，直徑為6mm，周圍環(huán)境為空氣，折射率為1。為設(shè)置二維點(diǎn)缺陷，在中間設(shè)置基于SiO2前提的等離子體缺陷，等離子體折射率為0.97，建模如圖1所示。
圖1（a）無點(diǎn)缺陷光子晶體結(jié)構(gòu)建模；（b）設(shè)置等離子體二維點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)建模
基于上述模型建立，對(duì)于此二維結(jié)構(gòu)仿真，波源采用端口激勵(lì)，波沿Y軸傳播TE模式，電場(chǎng)沿著Z軸振動(dòng)。為了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確，對(duì)于此模型中的TM波，沿X軸的兩個(gè)邊界處設(shè)為完美磁導(dǎo)體，可以用來模擬Ｘ軸方向上無限多層。
通過物理場(chǎng)控制網(wǎng)格劃分后，對(duì)于原始二維光子晶體結(jié)構(gòu)在6 GHz~16.2 GHz下進(jìn)行電磁仿真，仿真結(jié)果如圖2所示。仿真結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)在8~10 GHz和15.2~16 GHz下展現(xiàn)出兩個(gè)近零透過率的禁帶頻段，實(shí)現(xiàn)了較好的電磁調(diào)制。并由禁帶頻率9 GHz下電場(chǎng)分布解析可知，禁帶頻段下，特定波長電磁波無法透過該光子晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而展現(xiàn)出極低透射率。
展開 OptiFDTD應(yīng)用：納米盤型諧振腔等離子體波導(dǎo)濾波器
簡(jiǎn)介：
? 表面等離子體激元（SPPs）是由于金屬中的自由電子和電介質(zhì)中的電磁場(chǎng)相互作用而在金屬表面捕獲的電磁波，并且它在垂直于界面的方向上呈指數(shù)衰減。[1]
? 與絕緣體-金屬-絕緣體(IMI)等離子波導(dǎo)相比，金屬-絕緣體-金屬(MIM)波導(dǎo)具有很強(qiáng)的光約束，對(duì)SPPs來說，其傳播距離可接受。
? 有許多種類的納米波導(dǎo)濾波器：齒形等離子體波導(dǎo)[2]，盤型諧振腔Channel drop濾波器，矩形幾何諧振腔[3]以及環(huán)形諧振腔[4]。
? MIM波導(dǎo)中，有兩種等離子體濾波器，即帶通和帶阻濾波器。
2D FDTD模擬
? 選擇TM偏振波激發(fā)SPPs
? 應(yīng)用正弦調(diào)制高斯脈沖光來模擬感興趣的波長
? 輸入場(chǎng)橫向設(shè)置為模式場(chǎng)剖面（使用模式求解器計(jì)算）
? 網(wǎng)格尺寸要小到足以研究SPPs
? 對(duì)于諧振器，仿真時(shí)間應(yīng)該足夠長，使時(shí)域內(nèi)的場(chǎng)在使用脈沖時(shí)衰減到很小的值。
? 用Lorentz-Drude模型對(duì)銀的色散進(jìn)行了研究。
納米盤諧振腔設(shè)計(jì)
模擬結(jié)果
輸出記錄器的功率譜*歸一化到光源。顯示波長530 nm和820 nm的兩個(gè)峰值**。
*Note：直接從OptiFDTD獲得的功率譜上，可以演示濾波器。傳輸光譜可以使用參考1中的方法來計(jì)算。
展開 
COMSOL 中精確求解等離子體模型的方法
在之前的文章中，我們向大家介紹了不同種類的電子能量分布函數(shù) (EEDF)以及它們?cè)?em>等離子體建模中的重要性。今天，我們將通過 COMSOL 案例庫中的一個(gè)案例教程，向您演示玻爾茲曼方程，兩項(xiàng)近似接口的使用方法。
編者按：本文 2015 年 4 月 8 日首次發(fā)布。現(xiàn)已經(jīng)更新以反應(yīng) COMSOL Multiphysics? 軟件 6.0 版本中的新功能。
玻爾茲曼方程，兩項(xiàng)近似接口簡(jiǎn)介
在等離子體模型中，需要電子能量分布函數(shù)以及電子傳遞屬性（例如，電子遷移率）。對(duì)于最簡(jiǎn)單的情況，可以使用麥克斯韋電子能量分布函數(shù)和電子遷移率的常數(shù)值。然后使用愛因斯坦關(guān)系在 COMSOL Multiphysics 中計(jì)算其他傳遞屬性。然而，在某些情況下，使用從玻爾茲曼方程的解中獲得的電子能量分布函數(shù)并將電子傳遞屬性定義為平均電子能量的函數(shù)可能是有利的。但是我們?nèi)绾潍@得這些數(shù)據(jù)呢？
答案是：使用 COMSOL Multiphysics 中的玻爾茲曼方程，兩項(xiàng)近似接口。COMSOL 案例庫中提供了如何使用此接口的一些示例，其中一個(gè)案例是氬氣玻爾茲曼分析模型。為了計(jì)算二項(xiàng)近似中的玻爾茲曼方程，需要等離子體的電離度等參數(shù)。這些參數(shù)是事先未知 的。因此，該過程是一個(gè)迭代過程。
該過程首先對(duì)參數(shù)進(jìn)行初始估計(jì)并求解玻爾茲曼方程。然后，如果需要，將麥克斯韋電子能量分布函數(shù)和電子傳遞屬性導(dǎo)入等離子模型。最后，計(jì)算等離子體模型，并利用等離子體模型的新參數(shù)重新求解玻爾茲曼方程。您可以繼續(xù)重復(fù)這些步驟，直到達(dá)到收斂。
接下來，我們將介紹創(chuàng)建、導(dǎo)出和導(dǎo)入數(shù)據(jù)到等離子模型的步驟。
電子能量分布函數(shù)和電子傳遞屬性
從玻爾茲曼方程，兩項(xiàng)近似接口創(chuàng)建數(shù)據(jù)
第一步是通過在兩項(xiàng)近似中求解玻爾茲曼方程來創(chuàng)建數(shù)據(jù)。下圖顯示了用于此步驟的玻爾茲曼方程、兩項(xiàng)近似 接口的屏幕截圖。
展開 Ansys | 什么是表面等離子體光子學(xué)及其應(yīng)用
業(yè)界正在做出巨大努力，旨在利用表面等離子體的獨(dú)特屬性，將電子器件的尺寸效率與光子學(xué)的數(shù)據(jù)效率相結(jié)合。
表面等離子體光子學(xué)的挑戰(zhàn)
表面等離子體的傳播僅在其移動(dòng)幾毫米之后就會(huì)受到歐姆損耗的抑制，因此業(yè)界正在研發(fā)由石墨烯、金屬氧化物和氮化物等等離子體納米粒子構(gòu)建的等離子體學(xué)納米結(jié)構(gòu)，以應(yīng)對(duì)該挑戰(zhàn)。
熱是另一項(xiàng)挑戰(zhàn)——它會(huì)影響等離子體信號(hào)的傳播長度和振幅。
具有合適電氣和光學(xué)屬性組合的金屬納米結(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)可能可以解決這些挑戰(zhàn)。這是因?yàn)殂~、銀、鋁、金等其他材料中的金屬納米結(jié)構(gòu)允許表面等離子體激元（SPP）傳播。
SPP是在金屬-電介質(zhì)界面?zhèn)鞑サ墓舱耠娮诱袷帯Ｆ鋾?huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的光-物質(zhì)相互作用，從而增強(qiáng)光電應(yīng)用中的弱光學(xué)效應(yīng)。
表面等離子體光波導(dǎo)
SPP可以被視為特殊類型的光波。因此，金屬互連可支持這些波在金屬-電介質(zhì)界面?zhèn)鞑ィ⒂米鞴獠▽?dǎo)或表面等離子體光波導(dǎo)。
SPP可用復(fù)波矢量表示。該矢量的虛部與SPP傳播長度成反比，而實(shí)部與約束成正比。
表面等離子體與電路設(shè)計(jì)的實(shí)際集成，取決于傳播長度和約束之間的反比關(guān)系的平衡。理想情況下，表面等離子體光波導(dǎo)可同時(shí)最大限度增加表面等離子體的約束和傳播長度，以獲得最佳效果。
表面等離子體激元傳播造成的耗散損耗可以通過增益放大或集成光纖等光子元件來抵消，從而產(chǎn)生混合表面等離子體光波導(dǎo)。
表面等離子體光波導(dǎo)呈亞波長模態(tài)，小于光的衍射極限。在小于光的波長下的SPP傳播方式是可能的，這一想法讓業(yè)界振奮不已，從而為能夠在光學(xué)頻率下進(jìn)行納米級(jí)信息處理的芯片級(jí)器件開辟了可能性。
展開 激光燒蝕硅的等離子體+雙溫模型 ￥1600
硅的雙溫模型+等離子體模型
遠(yuǎn)程微波等離子體材料處理裝置
應(yīng)用：
高聚物材料表面清洗與改性
產(chǎn)品特性：
本品采用遠(yuǎn)程微波等離子體（Remote Microwave Plasma），等離子體產(chǎn)生效率高，樣品處理均勻；
真空系統(tǒng)采用2XZ-2型旋片真空泵，極限真空6×10－2帕；
2～4路氣體輸入，1路或2路進(jìn)入微波等離子體源處形成遠(yuǎn)程等離子體進(jìn)入反應(yīng)室，另外的氣路由反應(yīng)室內(nèi)頂部（樣品臺(tái)上方）呈環(huán)形均流輸入；可用氮?dú)狻⒀鯕狻⒑夂痛髿獾瘸Ｓ脷怏w；流量控制可用玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)或者M(jìn)FC；
