非線性光學實例（1）- 光柵，Chi2材料，二次諧波增強

這回我們不用模板，直接開個新的項目，調制單位，輸入一系列參數： 

頻率范圍：

畫個金屬方塊：

再畫個介質在中間： 

添加新材料，硒化鎘，二階非線性： 

將中間介質換成硒化鎘：

用宏生成銀材料：

可將材料改顏色區分：

添加平面波，場強參數化： 

定義新的激勵信號，這里我們要看二次諧波，所以只需要激勵基礎頻率，就是正弦波：

這里參數N是周期個數，T是周期，我們給起始兩個周期過渡：

背景添加半個波長：

邊界是電和磁，這樣配合平面波的極化方向，就能用TM模式激勵出表面等離SPP。

下面我們添加E和H的監視器，位置在Z+方向接近邊界處。

加密網格：

全局加密中，可不選consider PEC/lossy only, 因為我們用的都是可透過類型的材料，這樣邊緣加密會更好一點。

將自定義信號作為激勵信號：

仿真時間就和激勵信號時間一樣長，不選自動采樣，這樣盡可能采樣多一些。

開始仿真。結束后，查看探針的信號，可見后期基本穩態了。

下面我們獲取穩態探針信號的傅里葉級數，這樣電場磁場就可以組合成光強（intensity），不同諧波的光強都有。

先用x-Resample模板提取最后一個周期：

再用傅里葉級數對其計算，我們算到4階諧波就可以了：

然后將電場磁場合成功率：

功率結果提取基礎頻率：

功率結果提取二階諧波：

最后將兩個強度對比，得到二階諧波的生成效率：

有了這個量，下面我們對這個量進行自適應加密，重新參數掃描仿真：

添加新的參數，特殊歸一化的入射場強，然后將E0與該參數和非線性材料的參數聯系起來：

參數掃描：

結束后看結果：

與文獻一致：

如果加個場監視器，可見表面等離子激元模式傳播：

小結：

1.    光學中的Intensity（簡寫I）就是仿真中的功率。

2.    本案例的兩個材料，一個是二階非線性的硒化鎘，一個是Drude模型的銀。

3.    結果顯示，雖然我們只激勵一個頻率，但是在表面等離子激元傳播過程中，由于材料的非線性，生成了二次諧波，并且與激勵的場強成指數關系增長。