037 – COMSOL纳米线的光散射（仅模型文件，免费）

037 – COMSOL纳米线的光散射（仅模型文件，免费）

基本介绍：

• 主要内容：本案例通过matlab解析和COMSOL模拟分别计算了半径100 nm的纳米线对TM光的散射截面，两者完全吻合；

• 基于COMSOL频域求解，使用的软件版本为COMSOL 5.4 (5.4.0.225)；

• 计算所需的内存：4 GB；

• 涉及的内容：自定义方程、组件耦合-积分 等；

• 绘制了：散射截面随波长的关系、电场分布；

• 本案例仅包含模型文件，但有一个文字版的建模过程详解。本案例不附带答疑指导。

包含的文件截图：

详细描述：

如上图所示，用TM偏振的平面光照射一根无限长的介质纳米线，纳米线的半径为100 nm，折射率为2。本案例用COMSOL模拟了400 ~ 800 nm波长范围内的光散射截面以及电场分布，并将结果与matlab解析计算的散射截面相比较。

计算的内容和结果：

1、散射截面。左：COMSOL模拟的结果，右：用matlab解析计算出来的结果  👇

2、COMSOL模拟的400nm处的电场分布  👇

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免费案例，模型文件请从附件中下载：

037-COMSOL纳米线的散射（仅模型文件）.zip

文字版建模过程详解：

1. 双击图标打开COMSOL软件，然后按照模型向导新建一个工程文件，即：模型向导→二维→电磁波，频域→波长域→完成，如下图

2. 在“几何1”的设置中将长度单位改为nm，方便待会儿修改数值

3. 右击“几何1”，增加一个圆，将其半径改为100nm

4. 右击“几何1”再新增一个圆，将其标签改为空气，半径改为1000nm，并增加一个300nm的层，如下图

5. 点击“构建所有对象”，然后在绘图窗口点击“缩放到窗口大小”，即可看到绘制出的图形，如下图所示

6. 在“定义”节点增加一个完美匹配层，用鼠标点击选中几何中四周的“层”，将几何类型改为柱面

7. 右击“材料”节点，新增一个空材料，将标签改为纳米线，清除所有的选择区域，然后只选择中间的圆（也就是纳米线），然后将折射率实部填入2

8. 再新增一个“空材料”，标签改为空气，选择除了纳米线以外的所有区域，在折射率实部中填入1

9. 在“电磁波，频域”节点将公式改为散射场，背景波类型改为高斯光束，束流方向改为沿y轴，束流半径改为1m，这样我们用一个束流半径极大的高斯光束来近似成一个平面波

10. 右击定义→组件耦合→积分，将“几何实体层”改为边界，按下图所示选中标蓝的四个边界

11. 右击定义→变量，输入3个变量，分别为：

这三个变量分别代表入射光强、散射功率、散射截面。由于我们这里使用二维建模，所以散射截面的单位不是面积单位，而是长度单位m

12. 在“网格”节点点击“全部构建”，可以看到自动构建出来的网格。

13. 在“步骤1：波长域”节点将波长单位改为nm，点击“范围”图标，在弹出的对话框中将起始、步长、停止分别填入400、5、800，然后点击“替换”，这样波长就被替换为“range(400,5,800)”

14. 最后，点击“计算”运行计算，稍等片刻

15. 计算完成之后，窗口中会自动画出电场分布

16. 右击“结果”，增加一个一维绘图组，将标签改为“散射截面”，取消勾选“显示图例”

17. 右击 “散射截面”一维绘图组，新增“全局”图，在表达式中输入“Csca”，单位改成m

18. 点击绘制，就可以在绘图窗口中看到散射截面的曲线

19. 用matlab打开“Scattering_of_nanorod.m”，如下图点击红框中的“运行”，即可得到解析计算的散射截面，与COMSOL仿真的曲线完全一致。