064 – COMSOL超材料专题教程④圆二色性（带讲解视频）

本例是“COMSOL光学超材料专题教程”中的第四讲，首先展示一下教程的海报：

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下面是针对第四讲的详细介绍：

基本介绍：

• 主要内容：根据发表在 Science上的论文《Gold Helix Photonic Metamaterial as Broadband Circular Polarizer（作者：Justyna K. Gansel等）》，复现了其中的 Fig.1cd，以及论文不涉及的吸收率、圆二色性光谱（CD光谱）；
• 最后举的例子基于 COMSOL 频域求解，使用的软件版本为 COMSOL 6.0 (6.0.0.318)；
• 计算所需的内存：12 GB；
• 涉及的内容：建立三维模型、“电磁波，频域” 物理场接口、定义全局参数、定义变量、用自己定义的参数构建几何结构、两种方法定义 Drude 模型材料、在材料中编写公式设置其折射率、讲解 “波动方程，电” 中的 “电位移场模型”、周期性端口、圆偏振光源、连续性周期边界、完美匹配层（PML）、手动划分网格、非局域耦合、计算体积分、创建 “三维截点” 子数据集、一维绘图组-全局、一维绘图组-点图、三维绘图组-表面箭头、在视图中隐藏部分几何、制作动画、导出绘图数据 等；
• 绘制了：“透射率vs.波长” 曲线、“吸收率vs.波长” 曲线、螺线环上的电流矢量箭头、电流分布随时间变化的动画、光学手性/圆二色性光谱；
• 本次课录制了时长为 1 h 21 min 的讲解视频（从打开软件开始录到画出结果为止）。
• 付费后可以观看讲解视频，并下载案例文件。购买此案例不附带答疑指导。

包含的文件截图、课程视频截图：

详细描述：

如上图所示，超表面的基本结构为金螺线环，衬底是玻璃。螺线环的大直径为 1 um，小直径为 200 nm，螺距为 2 um，按照左旋方向旋转 2 圈。单元的排列周期为 2 um。玻璃的折射率取 1.5，金的介电常数用 Drude 模型描述：

其中 ω_p = 1.37×10¹⁶ rad/s、Γ = 1.2×10¹⁴ rad/s。

波长为 3 ~ 12 um 的圆偏振光从上往下正入射，计算该结构的光学响应和圆二色性光谱。

本例采用两种方法来定义金属的 Drude 色散模型，分别是：

1. 直接在材料中输入 Drude 模型公式，算出复折射率；
2. 在 “电位移场模型” 中选用软件内置的 Drude-Lorentz 色散模型来定义。

计算结果表明，这两种方法算出的结果完全一致，使用软件内置的 Drude-Lorentz 色散模型更加方便。

本例除了算出了参考论文中的 “透射率vs.波长” 曲线和瞬时电流分布矢量场图以外，还介绍了软件的其他使用技巧，包括：

1. 将瞬时电流矢量场图做成动画，直观地看出螺线圈上的电流随时间变化；
2. 在软件中对吸收功率密度 Q 计算体积分：

得到吸收功率 P_abs，然后与入射功率相除得到吸收率。将该吸收率与软件内置的吸收率结果比较，两者完全一致；

3. 根据 6 种不同的定义计算该结构的光学手性/圆二色性光谱（CD光谱），分别是：

计算的内容和结果：

1、两种方法算出的左旋圆偏振光入射的透射率，两者完全一致 👇

2、左旋和右旋圆偏振光入射的透射率。由于论文中没有给出螺线圈的大小，其大半径 1 um、小半径 200 nm 是我随便取的，所以本例的透射率曲线和论文有些区别，但总体趋势是一样的（上：论文中的结果，下：本例的结果）👇

3、上面透射率图中绿色圆圈标记处的电流分布（左：论文中的结果，右：本例的结果）👇

4、电流分布随时间变化的动画（此网站上放不了gif动画，大家购买后可在课程附件里观看） 👇

5、通过积分

A = P_abs/P_in 算出的吸收率与软件内置的吸收率结果对比，两条曲线完全重合（论文中没有此结果）👇

6、六种定义方法计算的光学手性/圆二色性光谱（论文中没有此结果）👇

付费后将能看到讲解视频，并下载讲解过程中做出来的模型文件。

再次提醒：在本页面上付款购买的是 “COMSOL光学超材料专题教程” 的第四讲，而非全套课程。购买案例不附带答疑指导服务。