表面等离激元线光栅comsol仿真.docx
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表面等离激元线光栅comsol仿真
仿真周报
表面等离激元线光栅
作者
姬应科
报告日期
2017-9-25
摘要
Ø模拟一束平面波入射到介电基底上的金属线光栅上，计算了不同入射角度情况下零阶和一阶衍射（透射和反射中）的衍射效率。
Ø通过施加额外的的背景散射场实现利用端口和散射边界完成散射，透射以及反射功率的积分求和。
Ø从二维到三维，利用周期性边界条件实现周期性光学微结构的模拟。
从而大大减少计算所用的空间和时间。
1全局定义
全局设置
名称
PlasmonicGratingPML.mph
路径
E:
\姬应科--组会\研三组会\2017-9-25组会\Plasmonic_Grating_PML.mph
COMSOL版本
COMSOL5.3（开发版本:
223）
使用的产品
COMSOLMultiphysics
RFModule
1.1参数1
参数
名称
表达式
值
描述
na
1
1
空气折射率
nb
1.2
1.2
底衬折射率
d
400[nm]
4E−7 m
光栅常数
lam0
441[nm]
4.41E−7 m
真空波长
f0
c_const/lam0
6.798E14 1/s
频率
alpha
30[deg]
0.5236 rad
入射角
1.2变量
1.2.1Variables1
选择
几何实体层
整个模型
名称
表达式
单位
描述
alpha_p
asin（sin（alpha）+lam0/（d*na））
rad
反射衍射角,m=1
alpha_m
asin（sin（alpha）-lam0/（d*na））
rad
反射衍射角,m=-1
beta
asin（na*sin（alpha）/nb）
rad
折射角
beta_p
asin（na/nb*sin（alpha）+lam0/（d*nb））
rad
折射衍射角m=1
beta_m
asin（na/nb*sin（alpha）-lam0/（d*nb））
rad
折射衍射角,m=-1
2Model1
2.1定义
2.1.1变量
Variables2
选择
几何实体层
整个模型
名称
表达式
单位
描述
ka
emw.k0
rad/m
Propagationconstant,air
kax
ka*sin（alpha）
rad/m
kxforincidentwave
kay
-ka*cos（alpha）
rad/m
kyforincidentwave
kapx
ka*sin（alpha_p）
rad/m
kxforreflecteddiffractedwave,m=1
kapy
ka*cos（alpha_p）
rad/m
kyforreflecteddiffractedwave,m=1
kamx
ka*sin（alpha_m）
rad/m
kxforreflecteddiffractedwave,m=-1
kamy
ka*cos（alpha_m）
rad/m
kyforreflecteddiffractedwave,m=-1
kb
nb*emw.k0
rad/m
Propagationconstant,dielectric
kbx
kb*sin（beta）
rad/m
kxforrefractedwave
kby
-kb*cos（beta）
rad/m
kyforrefractedwave
kbpx
kb*sin（beta_p）
rad/m
kxforrefracteddiffractedwave,m=1
kbpy
-kb*cos（beta_p）
rad/m
kyforrefracteddiffractedwave,m=-1
kbmx
kb*sin（beta_m）
rad/m
kxforrefracteddiffractedwave,m=-1
kbmy
-kb*cos（beta_m）
rad/m
kyforrefracteddiffractedwave,m=-1
2.1.2组件耦合
积分1
耦合类型
积分
算子名称
intop1
积分2
耦合类型
积分
算子名称
intop2
2.1.3选择
BoundarySystem1
2.2Geometry1
Geometry1
单位
长度单位
m
角度单位
deg
2.3材料
2.3.1Air
Air
选择
几何实体层
域
选择
域3–4,6
2.3.2Dielectric
Dielectric
选择
几何实体层
域
选择
域1–2,5
2.4ElectromagneticWaves
ElectromagneticWaves
Equations
2.4.1WaveEquation,Electric1
方程
2.4.2PerfectElectricConductor1
方程
2.4.3WaveEquation,Electric2
方程
2.4.4Port1
方程
2.4.5Port2
方程
2.4.6PeriodicCondition1
方程
2.5ElectromagneticWaves2
ElectromagneticWaves2
Equations
2.5.1WaveEquation,Electric1
方程
2.5.2PerfectElectricConductor1
方程
2.5.3WaveEquation,Electric2
方程
2.5.4PeriodicCondition1
方程
2.5.5ScatteringBoundaryCondition1
方程
2.6Mesh1
Mesh1
3Study1
计算信息
计算时间
25s
CPU
Intel（R）Core（TM）i7-4790KCPU@4.00GHz,4 内核数
操作系统
Windows7
3.1FrequencyDomain
频率（GHz）
f0
研究设置
描述
值
包含几何非线性
关
物理场和变量选择
物理场接口
离散化
ElectromagneticWaves（emw）
physics
ElectromagneticWaves2（emw2）
physics
网格选择
几何
网格
Geometry1（geom1）
mesh1
研究扩展
描述
值
辅助扫描
开
扫描类型
指定组合
助参数
alpha
参数值列表
range（0,0.07853981633974483,1.4922565104551517）
单位
4Results
4.1DataSets
4.1.1Solution1
解
描述
值
解
Solver1
组件
SavePointGeometry1
数据集:
Solution1
4.1.2CutLine2D1
数据
描述
值
数据集
Solution1
线数据
描述
值
线定义方法
两点
点
{{0,-6e-7},{4e-7,-6e-7}}
高级
描述
值
空间变量
cln1x
法向变量
{cln1nx,cln1ny}
数据集:
CutLine2D1
4.2DerivedValues
4.2.1LineIntegration1
数据
描述
值
数据集
CutLine2D1
表达式
表达式
单位
描述
-emw2.Poavy
W/m
-emw2.Poavy
输出
计算位置
Table1
4.3Tables
4.3.1Table1
LineIntegration1（-emw2.Poavy）
Table1
alpha
-emw2.Poavy（W/m）
0.0000
0.66706
0.078540
0.67404
0.15708
0.59603
0.23562
0.53505
0.31416
0.48878
0.39270
0.45036
0.47124
0.41696
0.54978
0.38676
0.62832
0.35839
0.70686
0.33101
0.78540
0.30429
0.86394
0.27803
0.94248
0.25180
1.0210
0.22507
1.0996
0.19760
1.1781
0.16917
1.2566
0.13944
1.3352
0.10834
1.4137
0.075812
1.4923
0.038372
4.3.2Table2
Table2
Column1
Column2
0.0000
0.66387
0.078540
0.67083
0.15708
0.59390
0.23562
0.53350
0.31416
0.48746
0.39270
0.44916
0.47124
0.41570
0.54978
0.38544
0.62832
0.35724
0.70686
0.33032
0.78540
0.30406
0.86394
0.27799
0.94248
0.25179
1.0210
0.22508
1.0996
0.19763
1.1781
0.16933
1.2566
0.13967
1.3352
0.10858
1.4137
0.075531
1.4923
0.039204
4.4绘图组
4.4.11DPlotGroup5
PlasmonicWireGrating
4.4.2ElectricField（emw）
20:
alpha=1.4923,freq=6.798E14表面:
Electricfieldnorm（V/m）
4.4.3ElectricField（emw2）
1:
alpha=0,freq=6.798E14表面:
Electricfieldnorm（V/m）
4.4.4一维绘图组8
线图:
积分1（W/m）
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