对电磁平面波模拟进行高效后处理以建模入射到轴对称结构上的任意结构光束

研究光光束与材料结构的相互作用是纳米光子学的基础。计算电磁求解器便于快速计算具有任意几何与复杂性的材料结构的散射，但在采用结构化激发场时效率有限。我们开发了一种后处理方法与软件包，可高效计算任意光光束入射到具有至少一条连续旋转对称轴（称为轴对称体，如球、圆柱、锥、环面或曲面）的粒子或结构上的完整三维电场与磁场。在计算得到初始一批平面波模拟后，该开源软件包以后处理方式结合计算电磁求解器的数据，利用角谱表示来生成任意结构化光束，包括矢量涡旋光束。任何可能的入射光束均可由初始一批平面波模拟生成，无需进一步模拟。这使得能够在后处理中高效执行参数扫描，如改变照明角度或平移粒子相对于光束的位置，无需额外耗时的模拟。我们通过数值计算紧密聚焦高斯光束中球形等离子体纳米颗粒的光力与扭矩图、方位角偏振光束中的等离子体纳米锥，以及计算非傍轴 Laguerre-Gaussian 涡旋光束在多层表面反射的场，来展示一些应用。我们相信该名为 BEAMS 的软件包是快速量化超出传统解析方法的电磁系统的宝贵工具。