基于Lumerical fdtd的异型纳米空心球散射光场仿真

关键词：FDTD脚本编码，全流程，异型球体建模，nanojet散射，散射效率曲线

本设计运用FDTD脚本全流程，针对微型球体聚合的空心球壳nanojet展开深入探究。从建模着手，精心调试各项参数，成功搭建出精准且完善的模型，精准复现了空心球壳的结构特征。在散射光场模拟环节，其呈现效果与预期几近一致，直观展现出光与纳米结构相互作用的细节。散射效率曲线绘制结果表明，不同球壳半径在各异波长下呈现出稳定的差异规律。此项设计为纳米光学研究、微纳器件制备等领域提供了有力支撑，极具应用潜力。

1. 结构设计

纳米球的外形轮廓如下图左所示，预计产生的光场散射效果如右图所示。

图1 预期球壳外形以及散射效果

粗糙表面纳米二氧化硅空心球，300-2500nm的波长，球壳的直径200-1000nm，外部小球40nm。对球体进行编程建模，形成FDTD的参数列表以及模糊化处理的编码。编码的优势为波长范围、频率采样率、球壳半径、微球半径以及材料灵活设置，一键式操作。

图2 model参数设置以及编码

形成如下结构树以及规律排列的球形微球阵列。

图3 结构树以及建模效果

1. 扫描设计

结构扫描个性化编码，设置好扫描数量和范围，仿真后形成下列仿真好的文件（需要经过一些仿真时间）。

图4 扫描脚本以及生成的仿真结果

1. 散射光场、效率曲线

首先，基于第二节的仿真结果，选取特定球壳半径以及波长序号，生成光场图，见下图效果。

图5 散射光场绘制脚本以及提取的散射场

接着，提取扫描所有球体的仿真结果，形成散射效率曲线。

图6 散射曲线绘制脚本以及最终绘制的散射曲线

1. 总结

本设计基于FDTD脚本完成了微型球体聚合的空心球壳nanojet的全流程建模，散射光场效果与预期贴近，且散射效率曲线表明不同球壳半径在不同波长下存在固定差异，实现了较为完善的模拟研究。