非线性光学实例（1）- 光栅，Chi2材料，二次谐波增强

这回我们不用模板，直接开个新的项目，调制单位，输入一系列参数： 

频率范围：

画个金属方块：

再画个介质在中间： 

添加新材料，硒化镉，二阶非线性： 

将中间介质换成硒化镉：

用宏生成银材料：

可将材料改颜色区分：

添加平面波，场强参数化： 

定义新的激励信号，这里我们要看二次谐波，所以只需要激励基础频率，就是正弦波：

这里参数N是周期个数，T是周期，我们给起始两个周期过渡：

背景添加半个波长：

边界是电和磁，这样配合平面波的极化方向，就能用TM模式激励出表面等离SPP。

下面我们添加E和H的监视器，位置在Z+方向接近边界处。

加密网格：

全局加密中，可不选consider PEC/lossy only, 因为我们用的都是可透过类型的材料，这样边缘加密会更好一点。

将自定义信号作为激励信号：

仿真时间就和激励信号时间一样长，不选自动采样，这样尽可能采样多一些。

开始仿真。结束后，查看探针的信号，可见后期基本稳态了。

下面我们获取稳态探针信号的傅里叶级数，这样电场磁场就可以组合成光强（intensity），不同谐波的光强都有。

先用x-Resample模板提取最后一个周期：

再用傅里叶级数对其计算，我们算到4阶谐波就可以了：

然后将电场磁场合成功率：

功率结果提取基础频率：

功率结果提取二阶谐波：

最后将两个强度对比，得到二阶谐波的生成效率：

有了这个量，下面我们对这个量进行自适应加密，重新参数扫描仿真：

添加新的参数，特殊归一化的入射场强，然后将E0与该参数和非线性材料的参数联系起来：

参数扫描：

结束后看结果：

与文献一致：

如果加个场监视器，可见表面等离子激元模式传播：

小结：

1.    光学中的Intensity（简写I）就是仿真中的功率。

2.    本案例的两个材料，一个是二阶非线性的硒化镉，一个是Drude模型的银。

3.    结果显示，虽然我们只激励一个频率，但是在表面等离子激元传播过程中，由于材料的非线性，生成了二次谐波，并且与激励的场强成指数关系增长。