Kutuplanma ve metaller

TM mi, TE mi

Simülasyon → Kutuplanma bölümünden değiştirilir. Bu seçim yalnızca rengi değil, fiziği de değiştirir.

TM (E_z düzleme dik) optiğin çoğu için doğal seçimdir: mercekler, yarıklar, dalga kılavuzları ve çubuklardan oluşan fotonik kristaller. Elektrik alanı düzlemdeki her ara yüzeye paraleldir, bu yüzden hiçbir zaman yüzey yükü oluşturmaz. Metaller düz birer ayna gibi davranır.

TE (H_z düzleme dik) elektrik alanını düzleme yerleştirir; burada alan bir metal yüzeyine dik yönde uzanıp elektronlarını itebilir. Yüzey plazmonlarının ihtiyaç duyduğu budur. Plazmonik her şey için ve çubuklar yerine deliklerden oluşan fotonik kristaller için TE kullanın.

İki alan kümesinin birbiriyle ilgisi olmadığından kutuplanmayı değiştirmek alanları temizler.

Mükemmel iletken

En basit metal: içinde teğetsel elektrik alanı sıfırda tutulur. Her dalga boyunda her şeyi yansıtır ve deri derinliği yoktur. Metalin kendisinin ilgi odağı olmadığı duvarlar, yarıklar ve aynalar için uygundur.

Drude metalleri

Gümüş ve altın serbest elektronlu metaller olarak modellenir:

ε(ω) = ε∞ − ωp² / (ω² + i γ ω)

Plazma frekansının altında dielektrik sabiti negatiftir ve metal yansıtır. Işık yine de birkaç on nanometre içeri girer (deri derinliği) ve söner; bir dielektrikle ara yüzeyde ise yüzeye bir plazmon olarak bağlanabilir.

Çözücüde serbest elektronlar dJ/dt + γ J = ε₀ ωp² E denklemine uyan bir J akımı taşır. Bu, bilinen yardımcı diferansiyel denklem yaklaşımıyla ayrıklaştırılır: J yarım adımlarda yaşar, E’den güncellenir ve E güncellemesine ek bir terim olarak girer. J yalnızca metal hücrelerde tutulur; Drude metali olmayan sahneler bunun için hiçbir bedel ödemez.

Metal	ε∞	λp	γ / ωp
Gümüş	3,7	138 nm	0,0023
Altın	9,5	138 nm	0,0077

Bunlar tek terimli uydurmalardır ve yaklaşık 500 nm’den yakın kızılötesine kadar makuldür. Altının ~550 nm altındaki bantlar arası soğurmasını içermezler; bu yüzden altın mavide olduğundan iyi bir ayna gibi görünür. Öğretim ve nitel çalışma için yeterlidirler; nicel plazmonik için Drude-Lorentz modeli gerekir, o da yapılacaklar listesinde.

Plazma frekansı fiziksel hücre boyuna bağlıdır; bu yüzden Drude metalleri, ızgara ölçeğinin denklemlere gerçekten girdiği tek yerdir. Hücre fazla büyürse (yaklaşık 60 nm üstü) açık akım güncellemesi kararsızlaşabilir. Bu durumda uygulama çalışmayı durdurur ve bunu söyler.