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zdzhang

木虫 (正式写手)

[求助] 银的Debye-Drude模型介电常数与实验值的比较

XFDTD计算银采用的Debye-Drude模型在可见光波段的精度并不理想, 用Debye-Drude模型计算得出的介电常数ε (ω) = ε∞ + (εs - ε∞)/(1 + iωτ) + σ/iωε0与实验数据(可从Handbook of Optical Solid Constant一书中得到)比较,发现两者的差别很大,这怎么办呢?
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hustoe2011

至尊木虫 (文坛精英)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★
感谢参与,应助指数 +1
zdzhang: 金币+5, ★★★很有帮助 2013-04-29 15:09:32
可根据Handbook of Optical Solid Constant一书中的参数(没记错的话,区间是从0.5eV——6eV范围内)进行曲线拟合;
用Debye-Drude模型计算得出的介电常数在可见光的红光及近红外部分(600nm——2000nm这个波长范围内)能够与上述参数很好的符合;
在短波长(200nm——600nm)范围,用Debye-Drude模型计算得出的介电常数与书中的实验数据确实存在着较大的差异.
随心所欲不逾矩
2楼2013-04-29 09:37:43
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zdzhang

木虫 (正式写手)

引用回帖:
2楼: Originally posted by hustoe2011 at 2013-04-29 09:37:43
可根据Handbook of Optical Solid Constant一书中的参数(没记错的话,区间是从0.5eV——6eV范围内)进行曲线拟合;
用Debye-Drude模型计算得出的介电常数在可见光的红光及近红外部分(600nm——2000nm这个波长范围 ...

黑色和红色是实验测得的银的介电常数的实部和虚部,绿色和蓝色是用Debye-Drude模型计算的银的介电常数的实部和虚部,为什么用Debye-Drude模型计算的银的介电常数是负数呢?
3楼2013-04-29 15:08:45
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hustoe2011

至尊木虫 (文坛精英)

【答案】应助回帖

引用回帖:
3楼: Originally posted by zdzhang at 2013-04-29 15:08:45
黑色和红色是实验测得的银的介电常数的实部和虚部,绿色和蓝色是用Debye-Drude模型计算的银的介电常数的实部和虚部,为什么用Debye-Drude模型计算的银的介电常数是负数呢?...

不知道你在说些什么,你没有上图;
你前边说到过银的介电常数有实部和虚部(即复数),
最后为何又说用Debye-Drude模型计算的银的介电常数是负数?这个负数指的是实部还是虚部?
随心所欲不逾矩
4楼2013-04-29 17:09:27
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zdzhang

木虫 (正式写手)

引用回帖:
4楼: Originally posted by hustoe2011 at 2013-04-29 17:09:27
不知道你在说些什么,你没有上图;
你前边说到过银的介电常数有实部和虚部(即复数),
最后为何又说用Debye-Drude模型计算的银的介电常数是负数?这个负数指的是实部还是虚部?...

不好意思,我没说清楚,我说的是为什么用Debye-Drude模型计算的银的介电常的虚部是负数?
5楼2013-04-29 23:23:28
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zdzhang

木虫 (正式写手)

引用回帖:
4楼: Originally posted by hustoe2011 at 2013-04-29 17:09:27
不知道你在说些什么,你没有上图;
你前边说到过银的介电常数有实部和虚部(即复数),
最后为何又说用Debye-Drude模型计算的银的介电常数是负数?这个负数指的是实部还是虚部?...

http://muchong.com/bbs/viewthread.php?tid=5830606这是我计算出来的那个图
6楼2013-04-29 23:25:43
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hustoe2011

至尊木虫 (文坛精英)

【答案】应助回帖

★ ★
zdzhang: 金币+2, ★★★很有帮助, 非常感谢您的回答,对我有很大帮助,谢谢啦 2013-04-30 23:09:48
Debye-Drude模型是依据材料内部自由电子的阻尼运动来建立的,
在高频(短波长)范围,自由电子运动跟不上外场的变化,所以继续用Debye-Drude模型来描述会存在较大的问题。
看到图片了,
至于你说的用Debye-Drude模型计算的银的介电常的虚部是负数,
我认为是你选取的参数[ ε∞ 、εs 、ε0、τ、σ(主要是后两者)]有问题,
参考一下别人的文献中参数是如何取的。
随心所欲不逾矩
7楼2013-04-30 10:09:19
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saiyfmac

银虫 (小有名气)

【答案】应助回帖

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感谢参与,应助指数 +1
zdzhang: 金币+3, ★★★★★最佳答案, 非常感谢您 的回答,你的回答完全满意。但是,楼上一位同仁也很认真的回答啦,我想也给他2个金币,不好意思啦啊 2013-04-30 23:09:02
华丽的飘过: 金币+5, 3q 2013-05-08 03:55:46
你可以参考一下下面的文章
http://ioe.pim.tsinghua.edu.cn/faculty/wangj/2007/2.pdf
其中Ag的参数为:εs=-9530.5   ε∞=3.8344 σ=1.1480e+7[S/m] t=7.35e-15[s]
文章中也有计算出来的Ag的实部与虚部的分散关系,虚部是正的

之所以你计算出来的虚部是负数,可是是因为定义的原因
文章中定义 debye model为ε (ω) = ε∞ + (εs - ε∞)/(1 + iωτ) + σ/iωε0=ε'-iε''
其中iε''前面的符号是负的,所以作图的时候要plot(wavelength,-imag(ε (ω))),
可能你只是忘记了负号

debye model中定义:ε (ω)=ε'-iε''
drule model定义:ε (ω)=ε'+iε''
经常用到的应该是ε (ω)=ε'+iε'',是debye model的定义比较特殊么,对debye model不是很了解,如果有专门的论文,希望能分享一下
8楼2013-04-30 13:03:51
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yohanz

金虫 (小有名气)

引用回帖:
8楼: Originally posted by saiyfmac at 2013-04-30 13:03:51
你可以参考一下下面的文章
http://ioe.pim.tsinghua.edu.cn/faculty/wangj/2007/2.pdf
其中Ag的参数为:εs=-9530.5   ε∞=3.8344 σ=1.1480e+7 t=7.35e-15
文章中也有计算出来的Ag的实部与虚部的分散关系 ...

你好,今天偶然看到关于xfdtd中关于debye-drude的帖子,我最近也正好遇到类似的问题,一直没有得到解决。如果按照您提供的这边文章《Modified Debye model parameters of metals applicable for broadband calculations》的公式带入文章给的参数的确算出来的ε (ω)是一个虚部为负数的复数,这和楼上画图结果一样。如果按照定义ε (ω)=ε'-iε'',那么画ε',ε''的曲线当然和handbook的参数基本一致(也即ε''变成了正数)。

但是问题出来了:这里定义ε (ω)=ε'-iε''只是指什么?它是指xfdtd在运算的时候用ε (ω),而这个参数中的ε'和ε'是分别取值你材料模型得到的实部和虚部(这里为debye-drude模型得到ε1(ω)=ε1'+iε1''中的ε1'和ε1'',注意这里ε1''为一个负值),那么把ε1'和ε1''带入后,得到的ε (ω)实际的虚部为一个正值了,也就是增益材料,会导致求解不收敛。

我按照文献给的参数设置 几个金属,压根求解不了,开始后不一会系统就会提示检测的不收敛,强制停止。不信大家可以试试。。
很喜欢笑
9楼2014-05-13 19:24:31
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zdzhang

木虫 (正式写手)

引用回帖:
9楼: Originally posted by yohanz at 2014-05-13 19:24:31
你好,今天偶然看到关于xfdtd中关于debye-drude的帖子,我最近也正好遇到类似的问题,一直没有得到解决。如果按照您提供的这边文章《Modified Debye model parameters of metals applicable for broadband calcula ...

这个值是σ=1.1486e+7,不是1.1480
10楼2014-05-13 22:19:21
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