能動的プラズモンデバイス設計向け熱―弾性波―電磁界時間領域複合物理計算手法の開発

开发用于主动等离子体器件设计的热弹性波电磁场时域多物理场计算方法

基本信息

批准号：
21K17753
负责人：
岸本誠也
金额：
$ 3.08万
依托单位：
Nihon University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

２０２２年度は①電磁界の逐次計算を行わず、特定の観測時間までの電磁界消費エネルギーを計算する方法と②表面プラズモンのモード分離を中心に検討を行った。これらのテーマに関する研究実績の概要は以下の通りである。①電磁界の逐次計算を行わず、特定の観測時間までの電磁界消費エネルギーを計算する方法：従来は時間的にパルス波となる電磁波を誘電体媒質に照射した際の吸収エネルギーなどは電磁界の時間発展を逐次計算、時間積分することで求めてきた。本年度は特定の観測時間までの消費エネルギーを逐次計算することなく、計算する方法を確立した。数値逆ラプラス変換（FILT : Fast inverse Laplace transform）法に基づき、複素平面上で定義される電磁界の畳み込み積分を効率的に計算する。本手法を用いて損失誘電体円柱の特定観測時間における吸収電力の分布が求められることを確認した。②表面プラズモンのモード分離：今後のプラズモンデバイス応用を検討するため、電磁界解析のみで表面プラズモンの特性について検討を行った。誘電体グレーティング装荷型プラズモン導波路の検討を行い、長距離・短距離伝搬モードの選択性が金属厚で調整が可能であることやグレーティング部を最適化設計することで長距離伝搬モードの伝搬損が改善できることを示した。また、クレッチマン配置型表面プラズモン励起構造を中心に、波数空間における電磁界の縦横成分分離を行うことで、短距離・長距離伝搬モードや局在型プラズモンの分離が可能になることを示した。これによりプラズモンデバイス設計において通常の電磁界成分以外からその性能や設計指針を考慮することが可能となった。

在2022财年，我们重点关注1）将电磁场能量消耗计算到特定观察时间的方法，而无需对电磁场进行顺序计算，以及2）表面等离子体的模式分离。这些主题的研究结果概述如下。 1。计算电磁场所消耗的能量直至特定观察时间所消耗的能量，而无需对电磁场进行顺序计算：从常规上，当电磁波随时间变化而变成脉冲波的电磁波时，吸收的能量会通过序列计算和时间整合电子的时间进化来辐射到介值介质上。今年，我们已经建立了一种计算能源消耗的方法，直到特定的观察时间，而无需依次计算它。基于数值逆拉环变换（FILT）方法，有效地计算了复杂平面上定义的电磁场的卷积积分。使用这种技术，可以确定可以确定有损耗的电介质缸在特定观察时间的吸收功率的分布。 2。表面等离子体的模式分离：为了研究等离子体设备的未来应用，仅使用电磁场分析检查表面等离子体的特征。我们研究了一个介电光栅加载的等离子波导，并表明可以用金属厚度调节远距离和短距离传播模式的选择性，并且通过优化光栅部分，可以改善远距离传播模式的传播损失。此外，已经表明可以实现波数空间中电磁场的纵向和水平成分的分离，并具有Kretchmann排列类型的表面等离子体激发结构。这使得除了等离子体设备设计中的普通电磁场组件外，还可以考虑性能和设计指南。