COMSOL 经典平面手性 光学仿真,BIC 最大平面手性,包含能带,Q因子,正入射斜入射琼斯矩阵透射谱,动量空间(布里渊区)偏振场分布,磁场分布,面上箭头。

平面手性结构在光学领域总能玩出点"骚操作",比如最近火热的BIC(连续谱束缚态)和手性耦合的联姻。今天咱们用COMSOL整点硬核操作,手把手带你看懂如何从能带结构里揪出最大手性响应的那个甜蜜点。

先甩段参数化扫描的代码热热身:
matlab
for lambda=400:10:700 % 波长扫描范围
model.param.set('lambda0', num2str(lambda));
model.study('std1').run;
exportData = model.result().export('data1');
chirality = abs(exportData.getReal()(:,3)); // 提取手性参数
end
这段骚操作实现了自动波长扫描,每次跑完仿真直接拽出材料的手性响应值。注意getReal()后面的索引3对应的是自定义的手性计算变量,具体得看你的物理场设置。

能带图里藏着BIC的位置秘密,看这个典型的狄拉克锥结构(图1)。当结构参数调到某个临界值时,两条模态线突然在Gamma点亲上了------这就是BIC现身时刻!此时Q因子会飙到10^4量级,比普通共振模态高两个数量级。不过别光盯着Q值傻乐,得配合着透射谱里的Fano共振峰位置一起分析,这俩参数得双宿双飞才能实现最大手性。

斜入射时的琼斯矩阵才是重头戏:
python
theta = np.linspace(0, 30, 61) # 入射角扫描
T_matrix = np.zeros((61, 2, 2), dtype=complex)
for i, angle in enumerate(theta):
T_matrix[i] = extract_jones_matrix() # 自定义函数提取传输矩阵
circ_dichroism = np.abs(T_matrix[:,0,0] - T_matrix[:,1,1])**2
动量空间的偏振分布得用矢量场操作,建议在结果模块用箭头图叠加偏振椭圆。重点观察布里渊区边界处的偏振涡旋,这些位置往往对应着拓扑电荷的变化。有个骚操作是用切面图截取xz平面的磁场分布,配合面箭头展示电磁场旋转方向,这样手性特征直接肉眼可见。

最后安利一个诊断BIC的绝招:在频域研究里添加渐进散射边界条件,然后扫入射角看泄漏模态的衰减率。当某个模式的衰减率趋近于零时------恭喜你,BIC捕获成功!这时候的电磁场分布会呈现出完美的对称破缺特征,就像被拧过的麻花一样充满艺术感(虽然本质上还是麦克斯韦方程组的杰作)。

