
COMSOL太赫兹超表面BIC与能带折叠
超表面结构里藏着不少反直觉的物理现象,特别是当能带折叠遇上BIC(连续谱中的束缚态),总能
在仿真结果里搞出些让人挠头的惊喜。最近用COMSOL折腾太赫兹频段的超表面时,发现这两个机制的耦合
效应特别适合用来设计高Q值谐振器,今天就拎几个实操要点出来聊聊。
咱们先理清楚两个概念:能带折叠说白了就是周期性结构把原本的高频模式压缩到低频段显示,就
像把折纸反复对折后图案叠加;而BIC则是谐振模式完美避开辐射损耗的玄学状态,在参数空间里像幽灵
一样时隐时现。这俩货在超表面里碰头时,仿真结果经常会出现诡异的双峰劈裂,这时候千万别急着怀疑
人生——八成是参数扫描步长设大了没抓住关键点。
建模时建议先搭个最简结构练手。比如用硅基板刻蚀周期排列的十字形金属结构,COMSOL脚本里初
始化模型参数可以这么写:
```java
model = ModelUtil.create("THzMetasurface");
model.param().set("p", "50e-6", "晶格常数");
model.param().set("w", "12e-6", "金属线宽");
model.component().create("comp1", true);
```
这段代码里有个坑要注意:参数单位必须显式声明,别以为默认单位是米,COMSOL有时候会抽风用
厘米当基准。几何建模阶段务必开启周期端口,边界条件设置里这个开关尤其关键:
```java
physics.create("flprl", "PeriodicPort", "geom1");
physics.feature("flprl").set("sweeptype", "all");
```
这里"sweeptype"设为all才能同时激发TE和TM模式,否则可能漏掉某些谐振模式。网格划分建议用
用户控制网格配合边界层,特别是金属-介质界面附近至少要布三层边界元,否则计算场增强时会得到离
谱的数值。
跑完频域扫描后,重点看S参数曲线的凹陷点。当发现某个谐振峰在参数调整时Q值突然飙升到10^4
量级,基本可以判定触发了BIC机制。这时候用参数化扫描配合特征频率分析,能在能带图上清晰看到模式
交叉点——就像下面这个能带折叠的典型特征:
```java
model.study.create("std2");
model.study("std2").create("param", "Parametric");
model.study("std2").create("eig", "Eigenfrequency");