046 – FDTD超材料专题教程⑥二次谐波产生（带讲解视频）

本例是“FDTD超材料专题教程”中的第六讲，首先展示一下教程的海报：

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下面是针对第六讲的详细介绍：

基本介绍：

• 主要内容：根据发表在 Science 上的论文《Second-Harmonic Generation from Magnetic Metamaterials（作者：Matthias W. Klein等）》，复现了其中的 Fig.3ab、Fig.S1abc；
• 最后举的例子基于 Lumerical FDTD Solution求解，使用的软件版本为 Lumerical 2020 R2；
• 计算所需的内存： 1 GB；
• 涉及的内容：在材料库中自定义 Drude 模型材料、周期性条件、完美匹配层、场分布和功率监视器、用监视器查看磁场分布、自由电子漂移速度和洛伦兹力的理论推导、在分析组中编写代码进行复杂计算、验证产生了二次谐波源 等；
• 绘制了：x 或 y 方向入射的线偏振光的透射率、金属中自由电子漂移速度、金属中的电流密度分布、自由电子受到的洛伦兹力；
• 本次课录制了时长为 58 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，金开口环谐振器放置在玻璃基底上构成一个超表面，开口环的边长为 220 nm，高为 25 nm，排列周期为 305 nm。

偏振方向沿着右图中红色箭头方向的平面光正入射到该超表面，能够激发出二次谐波，二次谐波的偏振方向沿右图蓝色箭头方向。

该结构产生二次谐波的基本原理是：开口环谐振器的磁共振对金属内的自由电子提供一个周期性变化的洛伦兹力，洛伦兹力的变化频率刚好是入射光频率的2倍，从而引起金属内自由电子按照二倍频周期性震荡，辐射出二次谐波。

计算的内容和结果：

1、x方向偏振入射光的透射率（左：论文中的结果，右：本例的结果）👇

2、y方向偏振入射光的透射率（左：论文中的结果，右：本例的结果）（因论文中使用 COMSOL 软件，而本例使用 FDTD 软件，算法不同导致细节上稍有差别）👇

3、λ = 1.5 um 时的电子漂移速度场（左：论文中的结果，右：本例的结果）（因论文中使用 COMSOL 软件，而本例使用 FDTD 软件，算法不同导致细节上稍有差别）👇

4、λ = 1.5 um 时的磁场（左：论文中的结果，右：本例的结果）（因论文中使用 COMSOL 软件，而本例使用 FDTD 软件，算法不同导致细节上稍有差别）

5、λ = 1.5 um 时的电子受到的洛伦兹力（左：论文中的结果，右：本例的结果）（因论文中使用 COMSOL 软件，而本例使用 FDTD 软件，算法不同导致细节上稍有差别）👇

6、λ = 1.5 um 时的电流密度分布（论文中没有画出此结果）👇

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 “FDTD超材料专题教程” 的第六讲，而非全套课程。购买案例不附带答疑指导服务。