CST納米光學實例（1）- SPP近場激發，石墨烯，納米電偶極子

表面等離子激元震蕩SPR也可以通過近場的納米天線激發，這期我們看看石墨烯（Graphene）的圓盤仿真SPR。 

用等離子激元模板，用宏工具定義石墨烯：                           

該宏會生成兩個石墨烯的材料，一個是表面阻抗類型，適合無厚度的二維材料，另一個是多階色散類型，適合有一點厚度的三維材料。 

可查看材料曲線，下面還有一個表面電導率的曲線，這個的倒數就是表面阻抗用的曲線。 

還有一些石墨烯的參數自動生成，其中石墨烯的厚度參數要和三維材料一致(如果用色散模型）。 

下面我們開始建模，畫一個二維的圓盤：  

開啟WCS，上移圓盤半徑百分之一的高度，此處為納米電偶極子中心。

偶極子尺寸如下，端口阻抗為5000歐姆，所以很少量的電磁波輻射到遠場。 

添加很多遠場監視器，因為我們要計算輻射功率的曲線，所以要很多遠場頻點： 

邊界為open（add space），可用磁邊界對稱： 

初始網格比較粗糙： 

根據天線尺寸，我們可以限定最小網格尺寸： 

加密網格尺寸比： 

本地加密石墨烯:

加密后網格（未進行自適應）： 

由于遠場頻點眾多，我們可用頻域fast reduced order 算法；由于輻射功率非常小，我們需要調高精度：

開始仿真。大概10THz的帶寬，幾百個遠場，筆記本計算約10分鐘。查看不同頻率遠場：

查看輻射功率曲線，可見輻射功率總體都很低，但由于近距離的石墨烯，有些頻率的輻射發生增強，也就是表面等離子激元震蕩效果。為了更好的觀察輻射功率，我們另仿真該天線空間輻射，然后將該輻射功率對其歸一化。 

將圓盤改成真空，仿真。 

將兩個功率曲線相除，可見某些頻率的輻射加強幾十倍： 

最后看一下石墨烯的波散射，電場Z分量：

4.5THz:

9.3THz:

參考：Balaban,M. V., Shapoval, O. V., & Nosich, A. I. (2013). THz wave scattering by agraphene strip and a disk in the free space: integral equation analysis andsurface plasmon resonances. Journal of Optics, 15(11), 114007.doi:10.1088/2040-8978/15/11/114007 

小結：

1.     CST宏工具方便建立石墨烯材料模型, 模型基于：L. Falkovsky, “Optical properties of graphene”, Journal ofPhysics, 2008

2.    頻域FRO適合多遠場計算。