comsol仿真反射率、吸收率时峰值位置和深度不对！

Question

问题遇到的现象和发生背景：想复现如下文章“On-Chip Narrowband Thermal Emitter for Mid-IR Optical Gas Sensing“中的图2（a）的反射、透射、吸收曲线，按照文章中给出来的数据进行的建模（总体上是Cu-Al2O3-Cu的结构，上下我自己设置了3um的空气层，最上方设了PML层），但是仿真出来共振峰的位置不对，理应在 74 THz位置的峰出现在了 62 THz 的位置，并且共振峰深度不够，文章中反射率最低接近0，我只能到0.55；文章中吸收率最高接近1，我只能到0.4多。

（上图为文章中的图2）

（我建的模）

（网格划分）

（仿真结果）

操作环境、软件版本等信息 ：使用的comsol 6.1 ，波动光学模块

尝试过的解决方法 ：我设置改网格，现在网格质量都很高，0.9以上，还试过调整空气域厚度，都没什么变化。试过改结构参数，确实可以把峰值调整到 74 THz波长处，但是深度还是不够。

（我调整了结构参数之后的图，注：对光源上端、结构下端两个面积分计算得来的反射率back、透射率out、吸收率1-back-out）

（我做的调整：十字结构宽度w增加了63nm，长度l减小了163nm）

我想要达到的结果：希望波长可以在74THz位置，并且发射率最低可以到0，吸收率最高可以到1。

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

根据您的描述，您在使用COMSOL Multiphysics 6.1的波动光学模块仿真一个基于Cu-Al2O3-Cu结构的中红外光热发射器，并尝试复现文献“On-Chip Narrowband Thermal Emitter for Mid-IR Optical Gas Sensing”中的图2(a)所示的反射率、透射率和吸收率曲线。但是，在仿真过程中遇到了以下问题：

1. 共振峰位置不匹配：理论上的峰值应该出现在74 THz（对应波长约为4 um），而实际仿真结果显示在62 THz（约4.8 um）。

2. 共振峰深度不足：文献中的反射率接近0，而您的仿真结果仅为0.55；吸收率文献中接近1，而您的仿真结果为0.4多。

为了帮助您解决这些问题，可以考虑以下几个方面进行调整或检查：

模型参数校验

• 确保所有材料的光学属性（如折射率n、消光系数k）准确无误，特别是在特定频率下的数值。
• 核实结构尺寸是否与文献完全一致，包括Cu层、Al2O3层以及上下空气层的具体厚度。

边界条件与光源设置

• 检查PML层的设置是否合理，确保其能有效吸收边界处的辐射场。
• 确定光源的频谱特性是否正确地模拟了目标的74 THz谐振。

网格细化

虽然您提到网格质量已提高到0.9以上，但可能还需要针对关键区域进一步优化网格划分。尤其是结构界面和具有快速变化电磁场区域，应确保网格足够细密以捕捉精确的物理现象。

耦合效应

检查模型中是否充分考虑了金属-介质界面的耦合效应，例如表面等离子体共振(SPR)的影响，这可能会影响共振峰的位置和强度。

光线追踪与散射

确认是否开启了必要的光线追踪功能或者考虑了散射对结果的影响，特别是对于复杂的结构形状。

数值稳定性与迭代收敛

检查仿真计算过程中的收敛性，确保迭代次数足够多且达到稳定的解。

后处理与积分区域

确保计算反射率、透射率和吸收率时选取的积分区域正确，覆盖整个相关截面。

鉴于无法直接提供代码或查看您的具体模型设置，上述建议是基于常见的仿真问题分析得出的。请逐一排查并调整后重新运行仿真，同时密切关注仿真日志信息，以确定是否解决了现有问题。如果以上方法仍不能解决问题，可能需要更深入地研究文献中的建模细节，或者联系COMSOL技术支持获取专业指导。