「詳細案例」FDTD計算不同太陽輻射波長下顆粒光吸收和散射能力

折射率怎麼算

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FDTD簡介

FDTD Solution是一種基於有限差分時域法數值方法的模擬軟體，主要用於分析微米尺度和奈米尺度光電器件。它擁有高階的材料自動建模能力，自動最佳化的非均勻網格，以及強有力的平行計算能力，因此它是工業界最得力的寬波帶微奈米光學模擬設計軟體。FDTD方法採用一定的網格劃分方式離散化場域；然後對場內的麥克斯韋旋度方程及各種邊界條件進行二階精度的中心差分離近似，得到差分方程組，從而將時域微分方程的求解轉換為差分方程的迭代求解。

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單顆粒模擬系統

圖1。 單顆粒體系模擬系統

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引數選擇和設定

模擬區域在X， Y， Z方向上尺寸均為1000nm

採用PML邊界條件

自動生成的非均勻網格

考慮到散射區域介質折射率的變化，在其內部使用更精細的網格（dx=dy=dz=4nm）

模擬區域內設定吸收和散射場監視器來獲取奈米顆粒在光照條件下的吸收和散射光譜尺寸分別為750*750*750nm和850*850*850nm

設定有電場監視器獲取顆粒內部和周圍的電場分佈

選擇TFSF光源型別來研究奈米顆粒的吸收和散射特性，位於吸收和散射監視器之間，波長範圍為200-1300nm

材料的折射率資料從文獻和材料資料庫中獲得

圖2。 模型建立和個監視器設定

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光學效能評價

1. 標準太陽輻射能量分佈

圖3。 標準太陽輻射能量分佈

2. 根據相關公式計算，可以得到顆粒的光吸收和光散射功率以及光吸收比等引數，詳細見文末論文地址

圖4。 顆粒周圍電場分佈圖

圖5。 奈米顆粒的光吸收比

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要點提示

透過FDTD模擬能夠得到奈米顆粒周圍的電磁場分佈圖（資料）

透過吸收和散射分析組得到不太太陽輻射波長下顆粒的光吸收和光散射截面

可透過光吸收和散射截面計算得到奈米顆粒的吸收和散射功率

進而可以獲得評價奈米顆粒光學效能的其他評價指標

具體細節見論文：

10。1007/s11051-019-4576-4， Journal of Nanoparticle Research， 2019

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