纳米结构中颗粒形状对光散射的影响

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关于纳米结构中颗粒形状对光散射影响的研究,传统的分析方法都是基于网格剖分基础的,这不但需要求解节点信息,还需要计算每个面元信息,这样往往会因为网格离散化的不断精细而增加计算量,从而导致计算速度缓慢,甚至无法实现。本文将辅助源(MAS)这种无网格的计算方法应用于电磁散射问题的准确而快速分析中,以突破传统方法的瓶颈,实现更广泛的应用。  本文首先系统讨论了辅助源(MAS)方法的基本原理及建模过程,以波动方程基本解为基础,通过这些基本解的线性组合来近似表征待求的电磁场值。对于二维目标的求解问题,待求电磁场可以直接利用对应的Helmholtz方程基本解展开,通过在边界上匹配点处施加边界条件得到矩阵方程,以求出待求向量,进而可以表示出所有待求的电磁场。这部分文中以均匀圆柱、不规则柱体、双柱体及周期性排列的柱体等目标为例研究了不同形状二维目标的建模过程及误差分析,并探讨了不同形状纳米颗粒的散射截面等电磁散射特性。  对于三维目标的散射问题,为了能够准确地体现出电磁矢量特性,我们还要在二维的基础上引入与辅助面相切并且相互正交的辅助电流源,这部分文中以球体、椭球体形状为例,分析了其辅助参数的选择,并利用MAS方法求解了三维不同形状纳米颗粒的电磁散射特性。最后我们将此方法应用于人们没有涉及到的任意形状纳米颗粒组成的单层及多层结构中,研究了形状和取向的变化对传递能谱的影响,探讨了任意形状三维纳米颗粒组成多层结构的传递特性、带隙变化和缺陷态等方面的光学特性,以期指导人们设计纳米器件,从而服务于实际应用。
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