周期介质中孤立缺陷散射的快速计算
介观与纳米尺度物理
2021-05-10 v1 计算物理
光学
摘要
嵌入于二维周期介电介质中的孤立缺陷的散射在电动力学的许多子领域中都备受关注。现有计算该散射的方法要么依赖 Born 近似及其准解析推广，要么依赖需要从大区域尺寸以减小边界条件影响的从头（ab-initio）计算。Born 近似及其推广适用范围有限，而从头方法数值代价高昂。本文引入一种混合方案，其中通过高效求解一个反问题来估计缺陷的有效局部电极化率张量。所估计的张量被嵌入基于互易定理的 S 矩阵公式中。借助该嵌入，缺陷 S 矩阵的计算仅需在背景的单位胞内求解场。实践中，该方案将计算代价降低了近两个数量级，同时精度损失很小。该方案表明统计估计能从廉价计算中获取足够信息以计算远场量。我概述了在高介电常数反差材料（包括金属）中执行计算的基础理论与算法。我以纳米电子电路光学检测中的实例展示了该方法的能力，其中 Born 近似失效且其推广的现有方法也不适用。
引用
@article{arxiv.2105.03366,
title = {Fast Computation of Scattering by Isolated Defects in Periodic Dielectric Media},
author = {Kuljit S. Virk},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.03366},
year = {2021}
}