金属复折射率

本文介绍了金属复折射率在FDTD仿真中的使用,重点讨论了金属的折射率n和消光系数k,以及它们与材料相对介电常数的关系。通过解析非磁性材料的特性,指出在光学频率下,磁导率接近1,因此n约等于√εr。此外,文章强调了在宽光谱仿真中,输入单一波长的n和k会导致色散曲线的产生,且必须遵循因果关系,这意味着无损耗材料不可能无色散。

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最近用FDTD仿真一个结构,FDTD Solutions中金属的复折射率用折射率n和消光系数k表示,而Opti-FDTD中设置是实部和虚部。因为对这块不是很了解,以前看的知识忘干净了。百度了下,又看了两篇文章。

金属折射率为N=n+ik,其中,实部n为常规折射率,k为消光系数;

消光系数k与吸收系数\alpha = 4\pi \kappa /\lambda\lambda是真空中波长。

消光系数越大,金属的吸收越强,那么,在可见光波段,金属导体的折射率N的虚部将远小于远红外与微波波段,趋肤深度将会达到波长量级

The refractive index of electromagnetic radiation equals

n = \sqrt{\varepsilon_\mathrm{r} \mu_\mathrm{r}},

where εr is the material's relative permittivity, an

### 如何在FDTD中设置金属介质的复折射率 在FDTD仿真工具中,不同软件对于材料属性有不同的定义方式。具体到金属材料,在某些情况下会采用不同的参数描述其光学特性。 #### FDTD Solutions中的金属材料设定 在FDTD Solutions环境中,金属材料可以通过指定复折射率来进行表征。复折射率由实数部分\( n \)(即通常所说的折射率)以及虚数部分\( k \),也称为消光系数组成[^1]。这两个数值共同决定了电磁波通过该种物质时的行为特征: - \( n \)影响相位变化; - \( k \)则关联着吸收损耗的程度; 当需要自定义一种新的金属材质时,可以在Material Database里新建并导入相应的\( nk \)数据文件,这些数据往往来源于实验测量或是理论计算的结果。如果已知特定频率下的\( n \)和\( k \)值,则可以直接手动输入。 ```matlab % 创建一个新的材料对象 material = addnew('material'); % 设置名称和其他基本属性... set(material,'name','Custom Metal'); set(material,'type','dispersive'); % 或者 'conducting' 取决于具体情况 % 定义频域内的nk关系曲线 frequencies = linspace(startFreq, endFreq, numPoints); %[THz] refractiveIndexRealPart = ...; % 对应各个频率点上的n值数组 extinctionCoefficientImaginaryPart = ...;%对应各个频率点上的k值数组 for i=1:length(frequencies) setpropertyvalueatfrequency(material,... frequencies(i), ... ['index',num2str(refractiveIndexRealPart(i))],... ['imaginary_index',num2str(extinctionCoefficientImaginaryPart(i))] end; ``` #### Opti-FDTD 中的金属材料设定 而在Opti-FDTD这类其他平台上面,可能会更倾向于利用介电常数ε(ω)= ε'(ω)+j*ε''(ω)的形式来表达同样的物理量。这里需要注意的是,虽然表述形式有所区别,但是两者之间存在转换关系: \[ n=\sqrt{\frac{(\varepsilon'+\sqrt{{\varepsilon'}^{2}+\varepsilon '' ^ {2}})}{2}},\quad k=\sqrt{\frac{- (\varepsilon'-\sqrt{{\varepsilon'}^{2}+\varepsilon '' ^ {2}})}{2}} \] 因此,只要掌握了上述公式就可以实现两种表示法之间的相互转化,并据此调整相应仿真的配置选项。
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