069 – COMSOL超材料专题教程⑨瞬态仿真介绍（带讲解视频）

本例是“COMSOL光学超材料专题教程”中的第九讲，首先展示一下教程的海报：

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下面是针对第九讲的详细介绍：

基本介绍：

• 主要内容：根据发表在 Optics Communications 上的论文《TE polarization selective absorber based on metal-dielectric grating structure for infrared frequencies（作者：Jun Wu 等）》，复现了其中的Fig.5b、Fig.6bd；
• 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：4 GB；
• 涉及的内容：建立二维模型、“电磁波，瞬态”物理场接口、“频域”与“瞬态”接口的区别与联系、瞬态仿真原理、瞬态仿真中脉冲光源的设置方法、定义全局参数、定义解析函数、点探针、非局部耦合-积分、瞬态接口中Drude模型设置方法、散射边界条件、周期性条件、高级物理场设置：全局方程、物理场控制网格、时域到频域FFT、讲解瞬态求解器的原理和收敛性曲线、讲解时域到频域傅里叶变换的计算原理、一维绘图组-全局、二维绘图组-表面 等；
• 绘制了：脉冲光入射情况下电场随时间变化的动画、探针提取的电场随时间变化曲线、不同波长下的反射率和吸收率曲线、吸收峰处的光场分布、吸收峰中的时均功率损耗密度分布；
• 本次课录制了时长为 1 h 36 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，所计算的结构是放置在 Si/Au 衬底上的夹层光栅，光栅由 Au/Si/Au 夹层构成。图中 h₁ = 18 nm、h₂ = 230 nm、h₃ = 18 nm、h₄ = 140 nm、d = 360 nm、f = 0.5。Au 材料由 Drude 模型来描述：

其中 ω_p = 1.32×10¹⁶ rad/s、ω_c = 1.2×10¹⁴ rad/s。Si 的折射率取 3.48。

一束 TE 偏振，波长为 1200 ~ 2400 nm 的平面光从上往下照射到该结构，计算瞬时电磁场相应、反射率、吸收率、光场分布、吸收功率密度分布。

本例只考虑正入射（θ = 0）的情况。计算过程分为三步：

• 第一步计算瞬态过程，用一束脉冲形式的平面光从上往下照射，算出该结构对脉冲光的实时光学相应，得到随时间变化的（时域）电场分布。计算的时间范围是 0 ~ 500 fs；
• 第二步进行傅里叶变换，利用软件内置的 “时域到频域FFT” 研究步骤，将时域电场分布转换为频域电场分布；
• 第三步在 “全局方程” 节点中编写底层方程进行运算，得到反射率、吸收率曲线，并查看吸收峰处的光场分布和吸收功率密度分布。

计算的内容和结果：

1、“瞬态”接口直接算出的电场分布随时间变化的动画（论文中没有此结果）（由于此网页上放不了gif动画，这里展示一些连续截图，大家购买案例后能够在课程附件中查看gif动画）👇

2、“点探针”给出的所选点处的“E_z vs.时间”变化的曲线（论文中没有此结果）👇

3、对时域结果进行傅里叶变换后得到的：正入射“反射率vs.波长”变化曲线（论文中没有此结果）👇

4、对时域结果进行傅里叶变换后得到的：正入射“吸收率vs.波长”变化曲线（左入射角为0度处：论文中的结果，右：本例的结果）👇

5、对时域结果进行傅里叶变换后得到的：λ = 2000 nm 吸收峰处的光强 |E_z/E₀|² 分布（左：论文中的结果，右：本例的结果）👇

6、对时域结果进行傅里叶变换后得到的：λ = 2000 nm 吸收峰处的时均功率损耗密度分布（左：论文中的结果，右：本例的结果）👇

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” 的第九讲，而非全套课程。购买案例不附带答疑指导服务。