Эффективная численная программа для изучения рассеяния света на наноуровне
Мультипольное разложение — мощный инструмент, широко используемый для анализа рассеяния света как одиночной наночастицей, так и периодическими массивами наноструктур. Этот инструмент позволяет нам исследовать физику необычного поведения света, такого как направленное рассеяние, идеальное отражение и пропускание, анапольные эффекты и многое другое. Кроме того, мы можем использовать этот инструмент для разработки новых нанофотонных устройств, таких как метаповерхности и плазмонные массивы для манипулирования светом. Численное интегрирование играет решающую роль в мультипольном разложении и может выполняться с использованием методов поверхностного или объемного интеграла. Исследователи внедрили в программу методы Лебедева и квадратуры Гаусса, что значительно повысило точность и эффективность вычисления интегралов.
Фото: Frontiers of Optoelectronics (2023). DOI: 10.1007/s12200-023-00102-2
Когда свет сталкивается с частицей, он взаимодействует с ней, а не просто плавно проходит сквозь нее. Световые волны могут рассеиваться в разных направлениях из-за взаимодействия света и материи.
Все становится еще более интригующим на наноуровне, где размер частиц сравним с длиной волны света. Такое соответствие размеров приводит к некоторым особым эффектам. Например, вы можете наблюдать изменение цветов или формирование определенных узоров, когда свет рассеивается различными способами.
Мультипольное разложение — мощный инструмент, широко используемый для анализа рассеяния света как одиночной наночастицей, так и периодическими массивами наноструктур. Этот инструмент позволяет нам исследовать физику необычного поведения света, такого как направленное рассеяние, идеальное отражение и пропускание, анапольные эффекты и многое другое. Кроме того, мы можем использовать этот инструмент для разработки новых нанофотонных устройств, таких как метаповерхности и плазмонные массивы для манипулирования светом.
Помимо симметричных рассеивателей, таких как сферы или цилиндры, обычно не существует аналитических решений для электромагнитных мультиполей нерегулярных рассеивателей. Поэтому весьма желательны эффективные численные реализации мультипольного разложения.
Исследователи под руководством профессора Юньтяня Чена из Университета науки и технологий Хуачжун (HUST), Китай, стремятся повысить производительность программы мультипольного разложения. Численное интегрирование играет решающую роль в мультипольном разложении и может выполняться с использованием методов поверхностного или объемного интеграла. Исследователи внедрили в программу методы Лебедева и квадратуры Гаусса, что значительно повысило точность и эффективность вычисления интегралов.
Они подтвердили это улучшение с помощью нескольких демонстраций, включая диэлектрические наносферы, симметричные частицы и анизотропные наносферы. Удобная для пользователя численная программа общедоступна на GitHub и полезна для исследователей, работающих в области нанофотоники. Работа под названием «Эффективное и точное численное проецирование электромагнитных мультиполей для рассеивающих объектов» была опубликована в журнале Frontiers of Optoelectronics 29 декабря 2023 года.
