近場光學電磁場數值計算中的時域方法.pdf

1、近場光學顯微鏡是一種突破經典分辨極限的新型光學儀器，它通過光探針探測樣品表面隱失場信息，獲得納米尺度的超分辨率圖像。近些年來，近場光學顯微鏡在納米和介觀尺度上，為物理、化學、生物、醫(yī)學、地質等的研究和生產提供了許多新的信息，發(fā)揮了越來越重要的作用。 近場光學的數值模擬可以為實驗導航，為實驗結果提供理論證明。自1966年K．S．Yee首次提出時域有限差分法(Finite Difference Time Domain Method，

2、FDTD)以來，時域有限差分法由于其原理簡潔且容易實現，廣泛應用于各 種電磁計算領域，現今FDTD方法在近場光學數值模擬中同樣發(fā)揮著巨大作用。1996年，Krumpholz和Katechi提出了時域多分辨方法(Multi Resolution Time Domain Method，MRTD)，這是一種既與時域有限差分法有關又具有更廣泛更深刻的意義的電磁場計算方法。時域多分辨分析法具有比時域有限差分法天然的優(yōu)勢，是一種更為精確模擬計算技術

3、。 本文重點研究并改進了時域有限差分法，時域多分辨分析法的一些算法，并將這兩種方法應用在近場光學顯微鏡數值模擬中，與實驗結果相互驗證。時域有限差分法的邊界條件的吸收效果直接影響數字模擬的精度。本文重點研究了時域有限差分法常用的Mur、Liao、PML邊界條件，并且對這幾種邊界條件進行了數值實驗的比較，得出一些有價值的結論。本文還對邊界條件在分界面處的計算進行了一些改進，提出了參數過渡的算法。通過數值實驗比較，改進方法減小了誤差，