CST納米光學(xué)實(shí)例（2）- 激發(fā)態(tài)衰變，量子效率，SAM流程
激發(fā)態(tài)原子的壽命不僅是跟原子本身有關(guān)，也是其環(huán)境的函數(shù)。本案例中，我們在弱激發(fā)（無飽和）的情況下，研究單個(gè)分子的熒光率與激光照射的球形金納米顆粒間距的函數(shù)。激發(fā)態(tài)的衰變可分為輻射（熒光）和非輻射（歐姆損耗/發(fā)熱）路徑。納米發(fā)射器離金粒子表面越近，歐姆效應(yīng)損失的相對能量就越大。如參考文獻(xiàn)中所示，存在一定的間隙寬度，其中的綜合效應(yīng)導(dǎo)致熒光整體增加，場增強(qiáng)足以抵消金球吸收的重量能量損失。
使用納米天線模板，只研究461.5THz：
添加金材料：
畫個(gè)金球，半徑R，初始可以是20納米：
添加平面波，注意方向和極化，這里我們在Y+方向傳播：
邊界都是open add space，對稱面與平面波極化一致：
作為主項(xiàng)目，我們添加gap參數(shù)用于一會參數(shù)掃描：
求解器激勵平面波，計(jì)算一個(gè)頻率：
仿真結(jié)束，查看電場，可見球的上下部位電場有增強(qiáng)效果。
這里模擬的是激光照射某些結(jié)構(gòu)是可以產(chǎn)生局部強(qiáng)電場的現(xiàn)象。接下來我們將利用SAM流程，多個(gè)子任務(wù)相聯(lián)的方法，研究該增強(qiáng)的電場對分子受激發(fā)躍遷發(fā)出熒光的影響。參數(shù)當(dāng)然就是金球半徑和金球與分子之間的距離。
先參數(shù)掃描半徑看電場變化，進(jìn)入電路圖，添加掃描參數(shù)任務(wù)：
添加3D模型，一定要和主項(xiàng)目聯(lián)系起來：
將三維任務(wù)拖進(jìn)掃描任務(wù)：
下面設(shè)置三維場任務(wù)：
將WCS放在球頂，可用選點(diǎn)或移動R，這樣WCS可以被參數(shù)R控制：
畫一條三維直線：
出來更新子任務(wù)一次，這樣可以得到電場：
回到子任務(wù)，后處理提取該直線上的電場：
回到主任務(wù)的電路圖，添加第二個(gè)三維任務(wù)，這回我們添加分子發(fā)射結(jié)構(gòu)：
設(shè)置三維之前，可添加第二個(gè)參數(shù)掃描任務(wù)：
將第二個(gè)掃描距離的任務(wù)放進(jìn)第一個(gè)掃描半徑的任務(wù)中，這樣每個(gè)半徑都可以拿到一條關(guān)于距離的曲線：
下面進(jìn)入分子激發(fā)仿真設(shè)置，將WCS從原點(diǎn)移到R+gap，在這個(gè)位置畫個(gè)1納米高的偶極子天線，用來表示分子。其中心與球頂?shù)木嚯x便是gap。端口是5000歐姆高阻抗。建模細(xì)節(jié)就跳過了，提示就是畫一個(gè)圓柱，blend邊，然后中間切開。
邊界改成磁邊界對稱：
由于天線較小，所以用比較小的最小網(wǎng)格加密：
提高曲面的表示弧度：
由于輻射能量非常小，F(xiàn)求解器激勵端口1，還需要提高精度：
回到主任務(wù)電路圖，同理，更新一次分子發(fā)射的三維任務(wù)，這樣就可以有功率的結(jié)果了：
有了這個(gè)結(jié)果，我們就可以用后處理提取量子效率，將發(fā)射功率除以受激功率：
在將該1DC結(jié)果提取成0D結(jié)果，這樣才能參數(shù)掃描畫曲線，重命名為Qeff：
再次確保兩個(gè)三維子任務(wù)的參數(shù)與主任務(wù)參數(shù)鏈接好：
下面我們添加后處理任務(wù)在第二個(gè)掃描任務(wù)下面：
改后處理PP1任務(wù)中添加三個(gè)后處理，先是場任務(wù)中的直線上的電場在gap的位置的場強(qiáng)：
然后將該場強(qiáng)平方，自動歸一化，獲得該處環(huán)境下的激發(fā)率(excitation rate)：
再將激發(fā)率與分子本身的量子效率相乘，得到熒光增效：
都設(shè)置好之后，更新Sweep1任務(wù)，這樣全部的任務(wù)都計(jì)算：
簡單解釋一下這兩個(gè)結(jié)果曲線，量子效率在金屬球太近的情況下大幅降低，歐姆損耗嚴(yán)重，也就是發(fā)光能力下降；而金屬球的電場場增強(qiáng)效果是距離越近越強(qiáng)，所以，存在某個(gè)合適的位置，激光入射，形成局部強(qiáng)電場，激發(fā)分子躍遷，達(dá)到發(fā)出熒光能力最強(qiáng)。
與文獻(xiàn)結(jié)果和測量一致：
參考：Anger,P., Bharadwaj, P., & Novotny, L. (2006). Enhancement and Quenching ofSingle-Molecule Fluorescence. Physical Review Letters, 96(11).doi:10.1103/physrevlett.96.113002
小結(jié)：
1. 想好掃描參數(shù)的邏輯關(guān)系和先后順序，用SAM系統(tǒng)裝配建模流程的子任務(wù)疊加方法，可以得到很多復(fù)雜的結(jié)果曲線。
2. 如果任務(wù)樹中看不到某些結(jié)果，一般是需要update一次。
3. 分子或納米天線可用高阻抗的偶極子表示，同時(shí)需要調(diào)高求解器精確度和加密網(wǎng)格。
