● 二維金屬圓柱 (Metal Cylinder 2D)

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金屬圓柱 2D TM (Ex Ez Hy)

數值計算與理論解析解比較圖

二維TM 圓柱形結構的散射吸收頻譜模擬，並與理論解對照

首先模擬一個金屬圓柱 (Cylinder : metal),半徑200 nm (直徑 400 nm)介電質圓柱其散射吸收頻譜。

結構檔案加上邊界(使用FreeCAD)

參考 : 3D-CAD 範例 (流程簡介)

注意這裡展示單位可以互轉，因為FreeCAD預設的單位為 mm，然而載入風行時可以在 um, nm等互轉

如下圖使用FreeCAD繪製一圓柱

X軸為圓柱面方向、Y軸長度隨意(因為Y軸在選擇2D模擬時，會自動判斷為無窮長)

FreeCAD:

圓柱直徑: 0.4 mm = 400 um

邊界長度: 1 mm = 1000 um

設定參數

A. 主要設定 (Main-Setup)

1. 設定 2D TM (Ex Ez Hy)

2. 定義總x,y,z長度相等於模型檔案，然後調整適當的各軸解析度

3. 匯入模型檔案

4. 確定模擬材料定義

5. 按【建立網格 Cad to Grids (Create)】按鈕建立模擬網格

FreeCAD

圓柱直徑: 0.4 mm = 400 um

邊界長度: 1 mm = 1000 um

FonSinEM

注意這X, Z length 邊界長度設定1000, 單位為 nm

則載入的模擬空間的圓柱面就會是 400 nm

(匯入風行的結構單位可以等比互轉)

*設定金屬材料色散的參數

參考網頁: 電,磁性材料模型(E,M Models)

B. 邊界條件 (B.C.)

1. 定義邊界條件

2. 按【創建 (Create)】按鈕 => 建立總網格 (包含邊界條件&增加網格)

C. 波源與觀測 (Wave & Ob.)

選擇 雷達截面場 (TFSF-RCS) 計算散射吸收頻譜

D. 結構設計 (Geo. Design)

最後檢查結構，按 輸出Output

E.頻譜 & 場 (Spectrum & Pattern)

1.設定頻譜分析 & 觀測波長範圍

2.檢察波源

F.模擬計算 (Calculation)

1.設定模擬時間長

2.存檔

3.計算

G.分析結果 (Result Analysis)

數值計算與理論解析解比較圖

推薦一些可用的 Mie theory 對照程式及軟體

MieLab:

A Software Tool to Perform Calculations on the Scattering of Electromagnetic Waves by Multilayered Spheres

http://www.hindawi.com/journals/ijs/2011/583743/

Nmie:

https://nanohub.org/resources/8228

使用教學

http://juluribk.com/2010/05/11/nmie-extinction-scattering-and-absorption-efficiencies-of-multilayer-nanoparticles/

這網站有許多免費程式，有FDTD、FEM、Ray tracing法、其中mie theory也很多

http://www.scattport.org/diogenes.iwt.uni-bremen.de/vt/scattport/index.php/light-scattering-software/mie-type-codes.html