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計算平面波激發(fā)的納米粒子的散射和吸收截面、局部場增強和遠場散射分布（Mie 散射）。將截面和遠場結(jié)果與解析解進行比較，以驗證仿真的準確性。（聯(lián)系我們獲取文章附件） y d=NafPM 'hN RIM1 概述 z( dDX%k@ !Bu=?gf  `Lj'2LoER P[K42 mm 納米粒子的散射特性通常用場增強、橫截面和遠場分布來描述。本例展示了如何從單個 FDTD 仿真中獲得這些結(jié)果。 $z,rN\[ MwE^.6xl { 運行和結(jié)果 =38c} ( yc7 "tptfF 1.打開仿真文件，然后單擊“運行”按鈕。 4(mRLr%l@` 2.可以通過右鍵單擊監(jiān)視器或分析組并選擇感興趣的參量來手動瀏覽結(jié)果。 -Pp =)_O 3.關(guān)聯(lián)的腳本文件可用于繪制如下所示的代表性結(jié)果。 SdXAL 本地字段增強 9i`MUE1Sh 電磁場與納米粒子的相互作用可以在粒子表面產(chǎn)生強烈的場增強。頻域場監(jiān)測儀直接測量局部場增強。下圖顯示|E|的平方在XY，XZ和YZ平面中，在最接近腳本中指定的“目標波長”的波長點穿過粒子中心。 [M#I Nm} -~NjZ=vPh 可以注意到，TFSF 源的邊緣在圖中可見，因為圖像顏色的突然變化。源內(nèi)的字段是“總計”字段（即事件字段 + 分散字段），而只有“分散”字段在源外部可見。 <Kk [^.7C; 3kJ7aBiR<  |'QgL0?
R^VmNj 吸收和散射截面 ;s^F:O 吸收截面（總吸收功率除以入射光束每單位面積的功率）由位于 TFSF 源內(nèi)的分析組計算。分析組測量流入顆粒的凈功率，并通過將其歸一化為源強度，返回吸收截面。同樣，散射截面由位于 TFSF 源外部的分析組計算。 tGw QUn {fxytiH8 根據(jù)定義，橫截面以m的平方用于 3D 模擬和m用于 2D 模擬。 QD*\zB g0M/Sv 橫截面測量通常被標準化為散射物體的大小，如下圖所示。Mie 效率定義為橫截面與幾何面積的比， πr2對于球體（3D）和對2r于圓（2D），并且通常相對于尺寸參數(shù) （2πn1/λ)，其中n1是 FDTD 區(qū)域的背景指數(shù)，對于空氣為1。 )Im3';qt 將 FDTD 結(jié)果與從 mie3d 腳本獲得的分析溶液進行比較。兩個結(jié)果之間的差異很明顯，希望對模擬設置進行一些改進。這將是下一節(jié)關(guān)于收斂檢驗的主題。 F7&Oc)f"B H=@S+4_bK  91oAg[@4G  jmr1e).];
遠場角散射 k/m-jm_h 在大多數(shù)散射實驗中，散射場（輻射圖）的測量相對于所考慮的波長尺度遠離散射體。“scat_ff” 監(jiān)視器返回遠場中的散射場分布。以下極坐標圖顯示了 X-Y、X-Z 和 Y-Z 平面中遠場中的散射場。每個圖都包含兩種顏色的線條：藍色表示 FDTD 仿真結(jié)果，綠色表示 mie3ds12 腳本命令的分析結(jié)果。第一個圖顯示了如何在每個平面中定義極角。 S]<%^W' rPx:o}&<  MT^krv(G
重要模型設置 t@cImmh\T '/GZ/$a_l 模型設置腳本 nV_[40KP_ 模型對象中的設置腳本用于設置網(wǎng)格大小、仿真跨度和粒子位置。該腳本是確保模擬區(qū)域、網(wǎng)格覆蓋區(qū)域、源、scat 和 abs 監(jiān)視器位置正確的便捷方法。例如，TFSF 源必須位于 scat 和 abs 監(jiān)視器之間，對象之間至少有兩個網(wǎng)格單元。這些對象的位置必須通過安裝腳本進行設置。其他屬性（如模擬時間）可以直接在對象中修改。 *n*po.Xr O[5u6heNMr  YPmgR]=6 yIf>8ed]# TFSF 來源 vq8&IL TFSF 光源是專門為這種情況而設計的，其中非周期性物體被平面波照亮。通過將散射場與入射場分開，使納米粒子的散射分析變得簡單明了。為了使散射分析正常工作，確保散射體完全在 TFSF 源內(nèi)至關(guān)重要。 V_ P,~! 使用 TFSF 源進行電源歸一化 ` 7jdV TFSF 源的電源規(guī)范化可能會令人困惑。與其將結(jié)果歸一化為源功率（對于理想平面波來說，這是無限的，因為它具有無限的范圍），不如按源強度進行歸一化。這導致功率測量值以橫截面型單位返回。 F QBAt0 “abs”和“scat”分析組 < /li<1 由六個2D監(jiān)視器組成，形成一個封閉的盒子，測量流入/流出盒子的凈功率。這些分析組的位置非常重要。測量吸收功率的 “abs” 分析組必須完全在 TFSF 源內(nèi)，但在粒子之外。“scat” 監(jiān)視器必須完全位于 TFSF 源之外。 aMO+ y91Y( NaC}KI` 網(wǎng)格覆蓋區(qū)域 ]cP$aixd 對于金屬仿真，網(wǎng)格覆蓋區(qū)域通常用于更準確地解析金屬界面的位置，尤其是曲面。在此仿真中，網(wǎng)格覆蓋區(qū)域設置得足夠大，不僅包括金球，還包含整個TFSF區(qū)域。這是有意為之，因為 TFSF 源在均勻網(wǎng)格化區(qū)域中效果最佳。 *k
!zdV 另請注意，網(wǎng)格大小會影響總監(jiān)視器和 scat 監(jiān)視器與源的距離。最好在源和監(jiān)視器之間保持至少兩個網(wǎng)格單元間距，以避免放置在灰色陰影源注入?yún)^(qū)域中的監(jiān)視器返回非物理結(jié)果。請注意，這些條件由“模型”設置腳本強制執(zhí)行。 \heQVWRl *GC9o / 對稱 ~IS3i'bh 此模擬在 X 和 Z 維度上都具有對稱平面。為了將仿真時間和內(nèi)存減少 4 倍，將 X min 邊界條件設置為對稱，將 Z min 邊界條件設置為反對稱。請注意，只有當粒子和源都具有必要的對稱性時，才能使用對稱性。 K)nn;j= 使用參數(shù)更新模型 &-(p~[| +7$zL;ph=n 對仿真文件進行參數(shù)化，以便更輕松地設置仿真。該模板目前使用球形粒子，但它可以與任意形狀的粒子或多個粒子一起使用。在“模型”中指定參數(shù)后，其余仿真對象的大小將自動調(diào)整。 #RTiWD[o · 設置源波長范圍和偏振。 2@?\"kR"! · 設置納米顆粒的材料或索引。 (T8dh| · 在“模型”中設置納米顆粒的跨度和位置、網(wǎng)格覆蓋的網(wǎng)格大小以及仿真跨度。源和 “abs”/“scat” 分析組將自動由最多兩個網(wǎng)格單元分開，納米顆粒被 “abs” 分析組完全包圍。 -3|i5,f · 在模擬非球形粒子或多個粒子時，可能需要更新邊界條件以匹配新結(jié)構(gòu)的對稱性。還需要修改關(guān)聯(lián)的腳本文件，以校正散射體的幾何面積和大小參數(shù)。 I7HP~v~ Z:Nm9m  qAirH1# 進一步推廣模型 822
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