[论文解读] Modal Analysis for a Waveguide of Nanorods Using the Field Computation for a Chain of Finite Length

Yaghoob Rahbarihagh, Farid Kalhor+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 10, 2014

Plasmonic and Surface Plasmon Research参考文献 16被引用 4

一句话总结

本文提出一种基于广义多极技术的场计算方法，用于分析有限长度银纳米棒波导中模式的传播特性。通过一端激励并分析沿链的场分布，计算了传播常数的实部（相位）和虚部（衰减），结果表明在模拟频率范围内仅有两种模式能够传播，其中较短的链足以准确计算相位常数，而更长的链则需用于精确计算衰减常数。

ABSTRACT

The propagation of light along an infinite 2D chain of silver nanorods is analyzed and the dispersion for this waveguide is computed using field computation for a finite chain of nanorods. In this work, Generalized Multipole Technique is used for the analysis. This method calculates the imaginary and real parts of the propagation constant by exciting the chain in one end and observing propagation of modes along the chain far enough from the excitation. It is shown that a short chain of finite length is sufficient for the calculation of the phase constant while the attenuation constant requires a longer chain. Field distribution is depicted for even and odd modes and it is shown that in the simulated frequency range only two modes can be excited and can propagate along the waveguide.

研究动机与目标

• 采用计算场方法分析由银纳米棒组成的二维波导中光的传播特性。
• 通过计算传播常数的实部和虚部，确定波导的色散特性。
• 评估为准确计算相位常数和衰减常数所需的链长。
• 识别在模拟频率范围内支持的传播模式数量及其性质（偶数/奇数）。
• 验证广义多极技术在有限长度纳米棒链中模态分析的有效性。

提出的方法

• 采用广义多极技术在纳米棒链的一端进行激励，并模拟电磁场的传播。
• 通过分析激励点远处的场分布提取传播常数。
• 传播常数的实部对应相位常数，虚部对应衰减常数。
• 通过可视化偶模和奇模的场分布，表征模式行为。
• 在有限长度的链上进行仿真，以近似无限波导的行为。
• 该方法依赖于对模式传播的远场观测，以确定模态特性。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过场计算方法，由银纳米棒构成的二维波导的色散关系是什么？
• RQ2 有限纳米棒链的长度如何影响相位常数和衰减常数计算的准确性？
• RQ3 在模拟频率范围内，哪些模式（偶数或奇数）可被激励并在波导中传播？
• RQ4 广义多极技术能否有效计算有限长度纳米棒链中的传播常数？
• RQ5 在给定的仿真条件下，波导中支持的传播模式数量是多少？

主要发现

• 在模拟频率范围内，仅有两种模式——偶模和奇模——可被激励并在纳米棒波导中传播。
• 相对较短的有限纳米棒链即可准确计算相位常数。
• 由于衰减常数依赖于场的衰减，需采用更长的链才能实现其计算的准确性。
• 偶模和奇模的场分布显示出明显的空间分布特征，证实了其对称与反对称的特性。
• 广义多极技术成功地从有限长度的仿真中计算出传播常数的实部和虚部。
• 结果表明，当适当布置场观测位置时，有限长度的链足以满足模态分析的需求。