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基于COMSOL仿真的表面等离激元(SPP)色散曲线绘制与激发方法研究.zip （6个子文件）

操作指南.docx 38KB

基于COMSOL仿真的表面等离激元(SPP)色散曲线绘制与激发方法研究.pdf 120KB

Comsol仿真研究：表面等离激元SPP基础、色散曲线绘制及激发方法.html 709KB

COMSOL

1.jpg 162KB

COMSOL表面等离激元(SPP)基础：色散曲线绘制与SPP激发.docx 37KB

COMSOL表面等离激元（SPP）基础：色散曲线绘制与SPP激发.md 2KB

COMSOL表面等离激元（SPP）基础：色散曲线绘制与SPP激发

在COMSOL中绘制散射曲线并激发表面等离子体（SPP）需要系统的建模和分析步骤。以下是实现这一

过程的详细指南：

### 1. 模型建立

首先，在COMSOL中创建一个新的模型。选择适当的单位（如米）并设置模型的空间维度，通常为二维

或三维。

```comsol

model = Model('SPP_Scattering');

model.unit('m');

```

### 2. 选择物理场

导入电磁波模块，并选择“电磁波，频域”接口，用于模拟电磁波的传播和散射。

```comsol

model.physics.create('emw', 'ElectromagneticWaves', 'FrequencyDomain');

```

### 3. 定义材料

在模型中添加两种材料：一种是金属（如金），另一种是介电材料（如SiO）。为金属定义频率依赖的

介电常数，常用的模型是Drude模型。

```comsol

% 金（Au）的介电常数（Drude模型）

epsilon_gold = 1 + (1e40)/(j*omega + 1e14) + (3e23)/(j*omega + 1e15);

model.material('mat1').property('relpermittivity').set('epsilon_r', epsilon_gold);

model.material('mat1').name('Gold');

% SiO的介电常数

model.material('mat2').property('relpermittivity').set('epsilon_r', 2.25);

model.material('mat2').name('SiO2');

```

### 4. 几何构建

创建一个简单的几何结构，例如在介电材料中嵌入一个金属纳米颗粒。使用COMSOL的内置几何工具

绘制图形。

```comsol

% 创建一个正方形的介电基底

square1 = model.geom.create('square1', 2);

square1.size([100e-9, 100e-9]);

% 创建金属纳米球

circle1 = model.geom.create('circle1', 'Circle');

circle1.radius(50e-9);

circle1.position([0,0,0]);

% 创建模型

model.geom.run('square1');

model.geom.run('circle1');

model.geom.run('boolean');

```

### 5. 网格划分

生成适当的网格，确保在金属与介电体界面处网格足够细，以捕捉SPP的快速变化。

```comsol

model.mesh.create('mesh1', 'FreeMesh');

model.mesh('mesh1').feature('ftri').create('tri1', 'FreeTri');

model.mesh('mesh1').feature('ftri').create('tri2', 'FreeTri');

model.mesh.run();

```

### 6. 设置边界条件

在金属与介电体的界面处应用“Plasmonic Waves”边界条件，以激发SPP。

```comsol

% 激发SPP的边界条件

model.physics('emw').feature('bc1').name('PlasmonicBC');

model.physics('emw').feature('bc1').set('Type', 'PlasmonicWaves');

```

在其他边界应用适当的吸收边界条件（如Perfectly Matched Layer, PML）以避免反射。

```comsol

% 吸收边界条件

model.physics('emw').feature('bc2').name('PML');

model.physics('emw').feature('bc2').set('Type', 'PerfectlyMatchedLayer');

```

### 7. 求解

设置频率范围（例如，光通信波段）并启动求解。

```comsol

% 设置频率范围

model.study('std1').feature('param').set('freq', 'lambdarange(400e-9, 700e-9, 50e-9)

');

% 启动求解

model.study('std1').run();

```

### 8. 后处理与分析

计算散射截面积或散射效率，并绘制散射曲线。

```comsol

% 计算散射效率

model.result('r1').feature('emw').set('quantity', 'emw.S');

model.result('r1').feature('emw').set('plot', '2DPlot');

% 绘制散射曲线

model.result('r1').feature('emw').set('xdata', 'freq');

model.result('r1').feature('emw').set('ydata', 'emw.S11');

```

### 9. 激发SPP

通过观察电场分布确认SPP的激发，特别是在金属与介电体界面的电场增强。

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