[发明专利]一种基于有限元边界积分法的纳米结构局域表面等离激元共振分析仿真方法

权利要求书

1.一种基于有限元边界积分法纳米结构局域表面等离激元共振分析仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：

第1步，基于有限元边界积分法基本理论引入一个包围纳米结构的虚构边界，边界内部的场用有限元方法表达，边界外部的场用边界积分表达；

第2步，边界内部区域利用四面体单元进行剖分，并使用Whitney基函数对有限元方程进行离散，边界面利用三角形单元进行剖分，并使用RWG基函数对边界积分方程进行离散，通过边界两侧场的连续性获得有限元边界积分方程组；

第3步，求解所述有限元边界积分方程组，获得区域内场的系数和边界面上等效电流和磁流的系数，进而求得区域内部的电场和磁场以及边界面上的等效电流和磁流；

第4步，通过所述边界面上的等效电流和磁流计算边界外部的散射电场和散射磁场并计算不同入射角度下的散射电场强度；

第5步，通过计算入射场、散射场和总场的坡应廷矢量得到纳米结构的消光截面和局域表面等离激元共振波长；

第6步，通过计算纳米结构垂直于入射波方向的截面积进而求得消光系数。

2.根据权利要求1所述的一种基于有限元边界积分法纳米结构局域表面等离激元共振分析仿真方法，其特征在于，所述通过边界面上的等效电流和磁流计算边界外部的散射电场和散射磁场并计算不同观察角度下的散射电场强度的步骤中，所述通过边界面上的等效电流和磁流计算边界外部的散射电场和散射磁场的步骤包括根据散射电磁场的计算公式对格林函数取梯度并结合等效电流和等效磁流，利用高斯积分定理对边界面上的每一个小三角形进行循环并累加计算出散射电场和散射磁场，所述计算不同入射角度下的散射电场强度的步骤包括设置不同的入射角度，通过传播矢量的计算公式求得方向坐标，进而代入入射场改变右端向量根据散射电场的计算公式计算出当前入射角度下的散射电场强度。

3.根据权利要求2所述的一种基于有限元边界积分法纳米结构局域表面等离激元共振分析仿真方法，其特征在于，所述边界面为纳米结构外表面，所述入射角度为与z轴正向的夹角和与x轴正向的夹角。

4.根据权利要求1所述的一种基于有限元边界积分法纳米结构局域表面等离激元共振分析仿真方法，其特征在于，所述计算入射场，散射场和总场的坡应廷矢量求得纳米结构的消光截面和局域表面等离激元共振波长的步骤包括：将入射电场和入射磁场的共轭进行叉乘得到入射场的坡印廷矢量，将散射电场和散射磁场的共轭进行叉乘得到散射场的坡印廷矢量，将总电场和总磁场的共轭进行叉乘得到总场的坡印廷矢量，然后根据消光截面的计算公式利用高斯积分定理结合入射场，散射场和总场的坡印廷矢量求得消光截面，分析消光截面共振峰的位置进而获得局域表面等离激元共振波长。

5.根据权利要求4所述的一种基于有限元边界积分法纳米结构局域表面等离激元共振分析仿真方法，其特征在于，所述总场为纳米结构外部入射场和散射场之和。

6.根据权利要求1所述的一种基于有限元边界积分法纳米结构局域表面等离激元共振分析仿真方法，其特征在于，所述计算纳米结构垂直于入射波方向的截面积进而求得消光系数的步骤包括根据纳米结构形态的不同选择不同的计算截面积的方法进行计算，然后利用消光截面与计算出来的截面积的比值求得消光系数。

7.根据权利要求6所述的一种基于有限元边界积分法纳米结构局域表面等离激元共振分析仿真方法，其特征在于，所述计算截面积的方法为公式法，积分法和网格法中的任意一种。

8.根据权利要求6所述的一种基于有限元边界积分法纳米结构局域表面等离激元共振分析仿真方法，其特征在于，所述求解有限元边界积分方程组获得区域内场的系数和边界面上等效电流和磁流的系数的步骤中，所述求解有限元边界积分方程组的方法为内观法，外观法或混合算法中的任意一种。