● 單一矩形奈米波導孔洞 - 遠場繞射場 Single Rectangular Hole - Far-Field Radiation Pattern

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目的: 分析單一矩形孔洞遠場繞射---模擬與理論解析解之比對

一厚度<<入射波長 (理想)的單一矩形孔洞，材料為完美導體

入射波長 300 nm

入射光極化為線性極化

矩形孔洞為 1200 nm x 1200 nm

分析比對其遠場模擬的結果與理論解析解之比對

風行模擬結果

設定參數

A. 主要設定 (Main-Setup)

1. 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

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

設定一適當大小的模擬環境，這裡設定 2000 nm x 2000 nm x 500 nm

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.)

使用線性極化平面波由下方入射(theta=0，電場極化x-y方向 (psi=45)

D. 探測與元件 (Probe&Lumped)

沒有使用探測與元件，直接按 【創建(Create)】

E. 結構設計 (Geo. Design)

1.勾選要使用的材料

2.輸入內建結構函數

3.執行區塊內的指令函數

4.檢查結構是否正確

5.確認後輸出結構

內建結構的寫法則如下，使用材料為PEC (完美電性導體)

gdx是(grid) dx的大小, gdy = dy. gdz = dz;

ib= X grids, jb= Y grids, kb= Z grids;

icenter= ib/2; jcenter= jb/2; kcenter=kb/2;

內建結構函數 矩形孔洞 Square Hole 參考 : 內建結構

%======矩形孔洞 SquareHole=======

lengthx=1200e-9;

lengthy=1200e-9;

lengthz=20e-9;

nindex=1^2;

sigma=0;

choice='PEC'; %E_Iso,PEC,M_Iso,PMC,E_Model1,M_Model1,EM_Model1

gridtype=-1; %

xposition=icenter*gdx;

yposition=icenter*gdy;

zposition=kcenter*gdz;

Iso_SquareHole(choice,gridtype,nindex,sigma,xposition,yposition,zposition,lengthx,lengthy,lengthz)

%==========矩形孔洞 SquareHole==========

最後檢查結構，按 輸出Output

F.頻譜 & 場 (Spectrum & Pattern)

1.設定頻譜分析 & 觀測波長範圍

2.檢察波源

若我們定連續波波長 (300 nm)，

G.模擬計算 (Calculation)

1.設定模擬時間長

2.存檔

3.計算

H.分析結果 (Result Analysis)

(1) 按 【快速載入結果 Fast load results】按鈕

(2) 選擇穩態場分析 (Steady State Field Pattern Analysis)

選擇所有場 (All-Fileds)

設定 近場轉遠場 Near To Far-Field Transformation

(1) 選擇要觀測的方向，這範例是由下方入射，因此設定觀測方向在上方出口端的整個面

(2) 按【計算 Calculate】按鈕

(3) 按【畫圖 Plot】按鈕

Z+ 方向，其他設定如下圖

單位可以有三種選擇

dB log(

Linear

Sqrt

畫圖方法可以有下圖四種

等待轉換計算時間後，在【指令區塊中 Command Panel】輸入以下程式碼

與理論解析解的比對如下

理論解析解中 a, b = 4 意味 矩形孔洞/入設波長 的比值

在此範例中矩形孔洞的長寬為 1200 nm x 1200 nm， 入射波源的波長為 300 nm

%----- Analytical Solution -----

figure(2);hold on;

a = 4; b = 4;

[theta,phi] = meshgrid(-90:1:90, 0:1:360);

theta = theta*pi/180; phi = phi*pi/180;

vx = a*sin(theta).*cos(phi);

vy = b*sin(theta).*sin(phi);

E = abs((1 + cos(theta))/2 .* sinc(vx) .* sinc(vy));

surf(vx/a,vy/b,(E));

shading interp;

colormap(jet)

set(gca, 'color', 'none');

set(gcf, 'InvertHardCopy', 'off');

%----- FonSinEM -----

a_theta=(theta_start:theta_span:theta_end)*pi/180;

a_phi=(phi_start:phi_span:phi_end)*pi/180;

[b_theta,b_phi]=meshgrid(a_theta,a_phi);

figure(2)

vx=sin(b_theta).*cos(b_phi);

vy=sin(b_theta).*sin(b_phi);

plot3(vx,vy,RCS_Far'/max(RCS_Far(:)));shading interp;xlabel('X');ylabel('Y');

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