CST納米光學實例（2）- 激發(fā)態(tài)衰變，量子效率，SAM流程
激發(fā)態(tài)原子的壽命不僅是跟原子本身有關，也是其環(huán)境的函數(shù)。本案例中，我們在弱激發(fā)（無飽和）的情況下，研究單個分子的熒光率與激光照射的球形金納米顆粒間距的函數(shù)。激發(fā)態(tài)的衰變可分為輻射（熒光）和非輻射（歐姆損耗/發(fā)熱）路徑。納米發(fā)射器離金粒子表面越近，歐姆效應損失的相對能量就越大。如參考文獻中所示，存在一定的間隙寬度，其中的綜合效應導致熒光整體增加，場增強足以抵消金球吸收的重量能量損失。
使用納米天線模板，只研究461.5THz：
添加金材料：
畫個金球，半徑R，初始可以是20納米：
添加平面波，注意方向和極化，這里我們在Y+方向傳播：
邊界都是open add space，對稱面與平面波極化一致：
作為主項目，我們添加gap參數(shù)用于一會參數(shù)掃描：
求解器激勵平面波，計算一個頻率：
仿真結束，查看電場，可見球的上下部位電場有增強效果。
這里模擬的是激光照射某些結構是可以產生局部強電場的現(xiàn)象。接下來我們將利用SAM流程，多個子任務相聯(lián)的方法，研究該增強的電場對分子受激發(fā)躍遷發(fā)出熒光的影響。參數(shù)當然就是金球半徑和金球與分子之間的距離。
先參數(shù)掃描半徑看電場變化，進入電路圖，添加掃描參數(shù)任務：
添加3D模型，一定要和主項目聯(lián)系起來：
將三維任務拖進掃描任務：
下面設置三維場任務：
將WCS放在球頂，可用選點或移動R，這樣WCS可以被參數(shù)R控制：
畫一條三維直線：
出來更新子任務一次，這樣可以得到電場：
回到子任務，后處理提取該直線上的電場：
回到主任務的電路圖，添加第二個三維任務，這回我們添加分子發(fā)射結構：
設置三維之前，可添加第二個參數(shù)掃描任務：
將第二個掃描距離的任務放進第一個掃描半徑的任務中，這樣每個半徑都可以拿到一條關于距離的曲線：
下面進入分子激發(fā)仿真設置，將WCS從原點移到R+gap，在這個位置畫個1納米高的偶極子天線，用來表示分子。其中心與球頂?shù)木嚯x便是gap。端口是5000歐姆高阻抗。建模細節(jié)就跳過了，提示就是畫一個圓柱，blend邊，然后中間切開。
邊界改成磁邊界對稱：
由于天線較小，所以用比較小的最小網(wǎng)格加密：
提高曲面的表示弧度：
由于輻射能量非常小，F(xiàn)求解器激勵端口1，還需要提高精度：
回到主任務電路圖，同理，更新一次分子發(fā)射的三維任務，這樣就可以有功率的結果了：
有了這個結果，我們就可以用后處理提取量子效率，將發(fā)射功率除以受激功率：
在將該1DC結果提取成0D結果，這樣才能參數(shù)掃描畫曲線，重命名為Qeff：
再次確保兩個三維子任務的參數(shù)與主任務參數(shù)鏈接好：
下面我們添加后處理任務在第二個掃描任務下面：
改后處理PP1任務中添加三個后處理，先是場任務中的直線上的電場在gap的位置的場強：
然后將該場強平方，自動歸一化，獲得該處環(huán)境下的激發(fā)率(excitation rate)：
再將激發(fā)率與分子本身的量子效率相乘，得到熒光增效：
都設置好之后，更新Sweep1任務，這樣全部的任務都計算：
簡單解釋一下這兩個結果曲線，量子效率在金屬球太近的情況下大幅降低，歐姆損耗嚴重，也就是發(fā)光能力下降；而金屬球的電場場增強效果是距離越近越強，所以，存在某個合適的位置，激光入射，形成局部強電場，激發(fā)分子躍遷，達到發(fā)出熒光能力最強。
與文獻結果和測量一致：
參考：Anger,P., Bharadwaj, P., & Novotny, L. (2006). Enhancement and Quenching ofSingle-Molecule Fluorescence. Physical Review Letters, 96(11).doi:10.1103/physrevlett.96.113002
小結：
1. 想好掃描參數(shù)的邏輯關系和先后順序，用SAM系統(tǒng)裝配建模流程的子任務疊加方法，可以得到很多復雜的結果曲線。
2. 如果任務樹中看不到某些結果，一般是需要update一次。
3. 分子或納米天線可用高阻抗的偶極子表示，同時需要調高求解器精確度和加密網(wǎng)格。
