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入門仿真

仿真的第一要務就是要搞清楚層與層之間的反射、透射關系，也就是復雜的背景場。

這個背景場有兩種方法：一是用fresnel equation計算出來解析解，該方法遇見多層，尤其是有奇奇怪怪的介電常數的時候，難度較大；二是用comsol進行數值計算。

?從最簡單的官方案例庫中的fresnel equation開始學習。該案例主要是用仿真值和理論值進行對比，判斷仿真的準確性。該方法也是廣為流傳的two step method的基礎。

首先是理論計算，假設入射角是

，那么通過fresnel equation可以計算出，s分量和p分量的反射和透射系數：

? ?反射率為

，透射率為

。理論值已經有了，下面進行仿真，具體參數設置見案例，下面只說我認為的細節。

? ?仿真結構如下圖：共兩層，上面一層是空氣，下面一層是玻璃，定義了兩個端口，上面是入射端口，下面是出射端口。

邊界條件使用周期性邊界條件，KF選擇通過端口計算(以前版本貌似要自己寫)，在進行網格化的時候，最好通過copy face的方法實現，有利于計算的收斂性。

port的設置對新手是最有迷惑性的地方，comsol中port端口入射角度有兩個輸入參數，如下圖：

那么comsol是怎么定義這兩個角度的方向的呢？我沒有找到官方資料，根據案例和圖形描述，elevation angle應該是與port法線的夾角，Azimuth angle應該是與x軸的夾角。

? ?首先將入射波設為TM波，也就是H方向垂直于入射面。那么結合剛說的內容，當Azimuth angle=0時，入射面為xz平面，所以案例中將H0的y方向振幅設置為1。這時候反射率和折射率對應的是p分量，可以在案例結果中看到兩種方法結果符合的很好。? ?然后將入射波設為TE波，也就是說E方向垂直于入射面。同理，案例中將E0的y方向振幅設置為1。這時候反射率和折射率對應的是s分量，可以在案例結果中看到兩種方法結果依然符合的很好。

? ?這時候如果加入Azimuth angle，比如設置為60[deg]，運行試試會出現什么結果？如果只改變這一個地方，那么結果就會出問題。因為此時的入射面已經變了。很多初學者很容易忽略這個問題！如何更改？

? ?還是以TE波為例，如Azimuth angle=60[deg]，那么E0x = sin(60[deg])，E0y = -cos(60[deg])。將入射光更改后，再與s分量比較，又可以吻合了。

來源：iFanFan

總結

以上是生活随笔為你收集整理的COMSOL纳米光学仿真的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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