這是一個(gè)簡單但(dàn)常見的超原子結構的案例：襯底上(shàng)包含一個(gè)納米圓盤的雙重周期方形晶格。示例和(hé)參數(shù)均取自Berzins等的文章[1]，單元格在X和(hé)Y方向上(shàng)均是周期性的。它包含一個(gè)位于基闆上(shàng)的圓盤(或圓柱體(tǐ))，被背景材料包圍。本案例中的材料根據參考文獻選擇為(wèi)矽(圓盤)、玻璃(襯底)和(hé)空(kōng)氣(背景)。
線偏振平面波s偏光和(hé)p偏光從上(shàng)方入射到光栅，用JCMsuite計(jì)算(suàn)近場(chǎng)分布。
下圖所示為(wèi)垂直入射平面波的波長為(wèi)550nm時(shí)所顯示的近場(chǎng)和(hé)強度分布：
散射體(tǐ)外的場(chǎng)矢量和(hé)強度分布
兩個(gè)平面上(shàng)的p偏光的場(chǎng)矢量以幾何形式疊加
後處理(lǐ)傅裏葉變換(Fourier Transform)計(jì)算(suàn)透射衍射階的振幅。後處理(lǐ)散射矩陣(Scattering Matrix）從傅裏葉變換(Fourier Transform)中得(de)到的平面波分解從而計(jì)算(suàn)散射量。
光譜特性
在參考文獻 [1]中，對透射光譜進行(xíng)了調整以提供顔色過濾。腳本data_analysis/run_scan_illumination.py的目的是重現文章中圖1的光譜圖。
相位分布
要改變透射波前的形狀，需要控制(zhì)其相應的相位。對于一個(gè)給定的結構，我們從瓊斯矩陣中得(de)到這個(gè)相位，這個(gè)矩陣是由後處理(lǐ)散射矩陣(ScatteringMatrix.)計(jì)算(suàn)出來(lái)的。這為(wèi)任意兩個(gè)線性獨立入射場(chǎng)的透射階的p和(hé)s偏振分量産生(shēng)了一個(gè)複透射系數(shù)。它的相位是透射波相對于入射波的相移。雖然絕對相位很(hěn)少(shǎo)引起人(rén)們的興趣，但(dàn)它對原子參數(shù)和(hé)入射光的變化關系通(tōng)常是令人(rén)感興趣的。
下圖描繪了透射系數(shù)的幅值和(hé)相位(由于對稱性，這與偏振性無關):
這個(gè)圖也是由腳本data_analysis/run_scan_illumination.py生(shēng)成的。
納米片半徑和(hé)高(gāo)度的變化會(huì)影(yǐng)響相位和(hé)透射率。這個(gè)光譜特性使用腳本data_analysis/run_scan_geometry.py來(lái)研究。在這裏，納米片的直徑和(hé)高(gāo)度發生(shēng)了變化，并記錄了相位和(hé)透射的變化。
參考文獻
[1] Berzins, Jonas, Fabrizio Silvestri, Giampiero Gerini, Frank Setzpfandt, Thomas Pertsch, and Stefan MB Baeumer. “Color filter arrays based on dielectric metasurface elements.” In Metamaterials XI, vol. 10671, p. 106711F. International Society for Optics and Photonics, 2018.
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