结构基底设置

FDTD_石墨烯完美吸收器仿真模型文件石墨烯这玩意儿在光电领域真是越来越香了尤其是做完美吸收器这种高端操作。今天咱们直接上干货用Lumerical FDTD整一个带石墨烯层的超薄吸收结构。先给大伙看看核心代码长啥样addrect( material SiO2, z -0.5e-6, z_span 1e-6, x 0, x_span 2e-6, y 0, y_span 2e-6 )这段代码说白了就是打地基二氧化硅基底厚度1μm。注意z坐标负方向是往基板深处走这里故意留了点余量方便后面加石墨烯层。很多新手会在这里直接设置0厚度结果后面加层的时候发现结构穿透了。重点来了石墨烯层的处理graphene addsurface() graphene.function if( abs(z) 0.34e-9 , 1, 0 ) # 单原子层近似 setmaterial(graphene, graphene - surface) set(Conductivity, 2D) set(Fermi level, 0.4) # 费米能级调谐吸收峰这里用表面电流模型代替实体材料毕竟石墨烯就0.34nm厚度。注意费米能级参数这货直接决定石墨烯的载流子浓度调这个相当于给吸收峰装了个滑杆。之前有个哥们死活调不出吸收峰最后发现是这里设成了默认的0.2eV。网格设置必须讲究addmesh( dz 0.1e-9, # 石墨烯区域网格细化 z -0.34e-9/2, z_span 0.34e-9, )在石墨烯周围设置0.1nm的网格这比默认网格精细了十几倍。有次偷懒用默认网格结果仿真出来的吸收率比实测低了20%后来发现是网格太糙导致表面电流计算失真。光源设置有个坑要注意addplane( injection_axis z, wavelength_start 1.5e-6, wavelength_stop 3e-6, frequency_points 100 )这里用的是斜入射平面波波长范围覆盖中红外。重点在frequency_points参数太少了会导致吸收峰细节丢失。建议先用100个点跑个大概找到峰值区域后再局部加密。最后看结果分析trans getresult(T,T) abs_rate 1 - trans - getresult(R,R)吸收率计算别傻乎乎直接用软件给的参数得手动算1-T-R。之前有萌新直接用现成的吸收率监视器结果发现数值对不上其实就是边界条件没设准。FDTD_石墨烯完美吸收器仿真模型文件跑完仿真别急着收工记得检查场分布!电场分布示意图假装这里有张电场局域在石墨烯层的效果图这模型在1.8μm处能飙到98%的吸收率但有两个关键点一是石墨烯费米能级和入射角度的匹配二是基底厚度得配合工作波长做λ/4的奇数倍。有次把基底从1μm改成0.9μm吸收率直接掉到70%以下这灵敏度堪比女朋友的心情指数。调试小技巧遇到收敛问题时把PML层数从默认的8层加到12层同时把模拟区域扩大20%。别问为什么问就是玄学但实测有效。最后记得保存.fsp文件时别用中文路径血的教训——曾经有个仿真跑了一夜第二天发现文件损坏从此戒了中文命名。