mie-散射-远场
计算由平面波激发的纳米粒子的散射和吸收截面、局部场增强以及远场散射分布（米氏散射）。将截面和远场结果与解析解进行比较，以验证模拟的准确性。
纳米粒子的散射特性通常通过场增强、截面和远场分布来描述。此示例展示了如何从单个 DGTD 模拟中获得这些结果。
运行与结果
- 打开模拟文件，然后点击“运行”按钮。
- 您可以通过右键单击监视器来手动探索结果，并可视化您所关注的数值。
- 相关的脚本文件可用于绘制下面所示的代表性结果（横截面和远场）。
局部场增强
电磁场与纳米粒子的相互作用会在粒子表面产生强烈的场增强效应。频域场监测器可以直接测量局部场增强值。以下图表展示了在粒子中心处、波长约为 502 纳米时，通过 X、Z 和 YZ 平面所测得的 | E | 2 的值。为了直观呈现这些结果，请右键点击“field_XY”、“field_XZ”和“field_YZ”监测器，选择“field”，然后在“标量运算”中选择“Abs^2”。请注意，在这些图中，TFSF 源的边缘清晰可见。半径为 100 纳米的球形区域内部对应于“总”场，外部对应于“散射”场。
吸收与散射截面
吸收截面（即由于吸收而从入射平面波中带走的能量的速率）会由围绕金粒子的“散射”频率监测器自动计算得出，因为该监测器与平面波源处于同一封闭表面上。该监测器还计算出金粒子的散射截面。 “sigma_front”通量结果对应于散射截面，“sigma_back”对应于吸收截面。 交叉截面测量通常会根据散射物体的大小进行归一化，如以下图表所示。 米埃效率定义为截面与几何面积的比率，即 π r² ；而尺寸参数为 2 π n1/λ ，其中 n1 是 FDTD 区域的背景折射率，对于空气为 1。
远场角散射
在大多数散射实验中，测量的是远离散射体（相对于所考虑的波长的尺度而言）的散射场（辐射模式）。相关的脚本文件使用“createsphericalsurface”和“near2far”脚本命令来计算球体上的散射远场。散射远场与“mie3ds12”命令给出的解析结果进行了比较。远场图展示了半径为 1 米的球体上各点的电场强度。辐射模式使用相同的远场数据集，并根据极角和方位角来绘制强度，为可视化辐射场的方向性提供了一种更好的方式。理论和模拟中的远场和辐射模式显示出良好的一致性。
重要模型设置
描述本模型中所使用的关键对象和设置
TFSF 源
TFSF 源是专门为这种情形设计的，即非周期性物体被平面波照射。它通过将散射场与入射场分离，使纳米粒子的散射分析变得简单直接。要使散射分析正常进行，至关重要的是要确保散射体完全位于 TFSF 源内。在本示例中，源边界是在由“源”对象形成的球面之上定义的。在 DGTD 中，TFSF 源的边界可以具有任意形状，而 FDTD 中则必须是矩形形状。有关此多功能功能的更多信息，请参阅参考几何图形页面。
TFSF 源进行功率归一化
使用 TFSF 源进行功率归一化可能会让人感到困惑。与其将结果归一化到源功率（对于理想平面波而言，由于其具有无限的扩展范围，所以源功率是无限的），不如最好按照源强度来进行归一化。这样会得到以横截面类型单位表示的功率测量值（对于三维模拟为 m² ，对于二维为 m¹ ）。如需更多信息，请参阅 TFSF 源页面中的功率归一化部分。
散射和吸收测量
与源一样，DGTD 求解器中的监测器也可以定义在曲面之上。重要的是要在“源”对象的封闭球形表面上定义“scat”监测器，因为 TFSF 源也在该表面上定义。因此，监测器返回的“sigma_front”（向外）通量结果是在“散射”场中计算的，因此它与散射截面直接对应。同样，“sigma_back”（向内）通量结果是在“总”场中计算的，因此它与吸收截面等价。
网格覆盖区域
对于涉及金属的模拟，通常会使用网格覆盖区域来更精确地确定金属界面的位置，尤其是在曲面的情况下。在本次模拟中，网格覆盖区域定义在“球体”对象的表面，对应于散射体与周围介质的界面位置。
使用您的参数更新模型
按照您的设备参数更新模型的说明 该模拟文件经过参数化处理，以便更轻松地设置模拟。模板目前使用的是球形粒子，但可以用于任意形状的粒子或多个粒子。一旦在“模型”中指定参数，其余模拟对象的大小将自动调整。
- 设定源波长范围和极化方式。
- 设定纳米粒子的材料或折射率。
- 设定源和模拟区域的跨度。当前模拟文件中的源跨度相当于“源”对象的直径，且应足够大以包围散射体。
- 当场和结构都存在对称性时，可以利用对称边界条件来减少内存占用和模拟时间。要利用当前模拟文件中的对称性，需要对模拟设置进行如下修改：- 禁用“外部”几何体- 在模拟区域对象的“常规”选项卡中，将所有边界更改为“封闭”- 将模拟区域的 x_min = y_min 设为 0，x_max = y_max 设为 0.4 微米。- 从 DGTD 选项卡添加 PEC 和 PMC 边界对象。选择“x min”用于 PEC，“y min”用于 PMC。
进一步完善模型：
为希望进一步自定义模型的用户提供的信息和提示
基底的粒子
本示例中使用的是被均质材料包围的粒子。此示例中用于计算远场（从封闭的球形监测器投射出的）的技术，仅在监测器处于单一均质材料（该材料向外延伸至无限远）的情况下才有效。当存在基底时，计算远场散射模式的最佳方法是使用位于粒子上方或下方的监测器（取决于您希望在正向还是反向方向上产生散射）。然后，您可以使用标准的“near2far”命令进行远场投影。 当使用诸如二维平面或半球形监测器这样的开放表面监测器（与本示例中的封闭表面不同）时，非常重要的是要设置监测器，使其捕获大部分散射光。 对于半球形监测器，可以通过将监测器的底部靠近粒子和基底的界面来实现这一点。对于二维平面显示器而言，您可能需要同时增加模拟范围和显示器范围，并根据您期望的远场投影方向将显示器放置在粒子或粒子/基底界面附近。有关更多信息，请参阅“纳米粒子散射（DGTD）”示例。
非偏振照明
对于采用无相干非偏振照明的系统，需进行第二次模拟，将光源的偏振方向旋转 90 度，然后将结果进行平均。这可以通过两点参数扫描轻松实现。如需更多信息，请参阅“非偏振光束”页面。“融合”
收敛
确保模型得出准确结果的收敛技巧
此次模拟的默认设置旨在提供较为准确的结果，并同时将模拟时间降至最低。 如果需要更高的准确性，可在金粒子上使用更精细的网格。 以下图表展示了高精度模拟的横截面图，在网格约束中将“最大边长”设置为 0.003 微米。 与理论结果相比，DGTD 结果与理论结果之间的吻合度显然要好得多。
以下图表展示了基于更高精度模拟得出的在 XY 平面、XZ 平面和 YZ 平面的电场强度值。
