发布时间 : 星期四 文章单个金属纳米颗粒的散射特性分析更新完毕开始阅读b026e517a45177232f60a289
3 COMSOL仿真模拟
3.1 COMSOL介绍
3.1.1 COMSOL Multiphysics发展历史
COMSOL Multiphysics是COMSOL公司的旗舰产品。COMSOL Multiphysics起源于MATLAB的Toolbox，最初命名为Toolbox 1.0。后来改名为Femlab 1.0（FEM为有限元，LAB是取自于Matlab），这个名字也一直沿用到Femlab3.1。从2005年3.2版本开始，正式命名为COMSOL Multiphysics。因为COMSOL公司除了Femlab外又推出了COMSOL Script和COMSOL Reaction Engineering等一系列相关软件。
3.1.2 COMSOL Multiphysics适用模块
Multiphysics翻译为多物理场，因此这个软件的优势就在于多物理场耦合方面。多物理场的本质就是偏微分方程组（PDEs），所以只要是可以用偏微分方程组描述的物理现像，COMSOL Multiphysics都能够很好的计算、模拟、仿真。
目前，COMSOL Multiphysics已有如下模块：传热模块（Heat Transfer Module）；RF模块（RF Module）；等离子体模块（Plasma Module）；声学模块（Acoustics Module）等
3.1.3 COMSOL Multiphysics的求解方式
COMSOL Multiphysics是以有限元法为基础，通过求解偏微分方程（单场）或偏微分方程组（多场）来实现真实物理现象的仿真，用数学方法求解真实世界的物理现象，COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。
3.2 Comsol仿真模拟：单个金属纳米颗粒的散射特性分析 3.2.1 几何模型建立
建立如图3（a）所示的模型，其中各个区域的定义如图3（b）~ 图3（e）所示。
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图3（a）单个纳米颗粒的散射
图3（b）绿色区域为半径30nm的1/2金球
图3（c）绿色区域为空气
图3（d）绿色区域为玻璃基底
图3（e）绿色区域为完美匹配层（PML）
3.2.1.1 整体模型
可以看到在这里建立的整体模型是一个球，散射对象也是一个金属球，因此为了节约
1电脑计算时间，我们只取了的球来分析。球的对称性保证了这样的简化是正确的。
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3.2.1.2 空气层
1虽然在这里设置的空气层的厚度只有?（?为入射光波长），但我们在远场域以及远
2场计算里的设置（如图4（a）、4（b））保证了该空气层相对金属球是足够大的，以便能够准确的计算出远场强度。
图4（a）蓝色区域为远场（空气区域）
图4（b）蓝色边界为远场计算边界（空气层
和PML层的交界处）
3.2.1.3 玻璃基底
玻璃基底的设置类似于空气层的设置，目的也是为了能够让该玻璃基底相对该金属球足够大。如图5所示。
图5（a）蓝色区域为远场（玻璃基底区域） 图5（b）蓝色边界为远场计算边界（玻璃基
底和PML层的交界处）
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3.2.1.4 完美匹配层（PML）
完美匹配层是一种人为添加的吸收层。当数学解析方法碰到开放边界问题的时候，完美匹配层通常就被用于求解域的去尾。简单的说，完美匹配层最重要的特性就是，当波从非完美匹配层射入完美匹配层的时候，该波将被完全的吸收，而没有任何反射。
这里加入完美匹配层的目的就是模拟无穷远，从而保证计算的可行性。
3.2.2 参数设置
3.2.2.1 基本参数设置
基本的参数设置如表1所示。
表1 参数设置 名称 r0 lda f0 t_air t_pml E0 S_in na nb 值 30[nm] 1.0E-6[m] c_const/lda lda/2 lda/2 1[V/m] E0^2/(2*Z0_const) 1 1.445 0 pi/2 asin(na*sin(90???)/nb) (2*n1*cos(90???))/(n1*cos(t 90???)+n2*cos(?)) 描述 金球半径 入射波波长 入射波频率 空气层厚度 完美匹配层厚度 入射波电场模 入射功率流密度 空气折射率 玻璃折射率 入射波波失在yoz平面的投影与z轴正方向的夹角 入射波波失与yoz平面夹角 折射角 透射率 ? ? ? (n1*cos(90???)-n2*cos(?))/r (n1*cos(90???)+n2*cos(?)) 反射率 ?,?表示的角度如图6所示。
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