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基于共轭极点-留数对的FDTD方法评估超快瞬态等离子体近场

DOI：10.1007/s11468-019-01057-x 期刊：Plasmonics 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 稳态条件下等离子体纳米结构光学特性的研究极大受益于数值方法的发展，其中时域有限差分法（FDTD）应用广泛。然而，利用这些数值工具评估超短激光脉冲触发的瞬态等离子体光学响应时，因难以在合理计算时间内处理材料光学性质的微小变化而受到限制。但许多基于这种超快响应的研究都依赖于纳米结构周围近场形貌的动力学特性。本文提出采用复共轭极点-留数对（CCPRP）方法来弥合这一差距，开发了基于CCPRP的FDTD模拟器。首先提供了验证FDTD模拟端到端精度的简易方法，随后结合三温模型，该方法能计算金纳米粒子（AuNP）吸收亚皮秒激光脉冲时内部及周围的超快瞬态近场。将AuNP内外场强度的瞬态变化与米氏理论计算结果进行对比，最终分析了瞬态场强度随纳米粒子表面距离及激光脉冲吸收延迟时间的变化规律。
作者： Tadele Orbula Otomalo，Fabrice Mayran de Chamisso，Bruno Palpant
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研究概述 实验方案

研究目的

通过开发复共轭极点-留数对（CCPRP）方法用于FDTD模拟，以弥补评估超短激光脉冲触发的瞬态等离子体光学响应方面的差距。

研究成果

基于CCPRP的FDTD方法结合3TM模型，能有效模拟金纳米粒子内部及周围近场强度增强的超快瞬态变化。该方法精度已获验证，适用于研究超短激光脉冲引发的与等离子体纳米结构近场增强相关的现象。

研究不足

该方法仅适用于介电函数相对于场振荡时间尺度的"缓慢"变化情况，适合用于微扰建模。研究还指出FDTD计算与米氏理论之间存在差异，这可能是由于模拟中对金纳米颗粒的几何表征所致。

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