介电材料、(n, k)材料和电导材料

本节是关于介电材料、(n, k)材料和电导材料的介绍。

介电材料

介电材料是无色散的，材料参数仅由折射率 $n$ 确定，与频率/波长无关（即对所有频率的响应相同）。

尽管Kramers-Kronig关系指出，材料折射率的虚部 $k$ 不可能在所有频率上为0（意味着无损），但介电材料可以近似地描述具有恒定折射率（非色散）的材料。

介电材料的相对折射率 $n$ 必须大于等于 1。

Name	Symbol	Range	Default	Description
Relative index	$n$	$n\geq1$	1	相对折射率，用来描述具有恒定折射率的无色散材料。

材料库中包含了几种常见的介电材料，用户也可以通过Add material>Add new material>Add dielectric添加所需的介电材料。

添加对角各向异性的介电材料，需要勾选Anisotropy(Diagonal)，并分别设置每个方向的相对折射率。

更多信息请参阅光学材料的空间特性部分。

由于介电材料极为简单且常用，在结构编辑页面，允许用户对结构的折射率快捷赋值。

在结构的属性编辑窗口，切换到材料页面，选择自定义介电材料，即可在折射率输入框中输入所需的材料折射率 $n$ 。

(n, k)材料适用于单频点仿真，使用复折射率 $\widetilde{N}$ 定义材料的n和k。

$\widetilde{N} = n + i\kappa$

其中， $n$ 为 $\widetilde{N}$ 的实部，表示相对折射率； $\kappa$ 为 $\widetilde{N}$ 的虚部，表示衰减。

Name	Symbol	Range	Default	Description
Relative index	$n$	实数， $n\geq0$	1	复折射率 $\widetilde{N}$ 的实部。
Imaginary relative index	$\kappa$	R	0	复折射率 $\widetilde{N}$ 的虚部。

在材料库窗口，通过Add material>Add new material>Add (n, k) material添加(n, k)材料模型，在弹出的窗口修改材料参数，完成(n, k)材料模型的创建。

(n, k)材料只用于单频仿真。如果应用于宽频仿真，只能保证中心频点处的折射率正确。

电导材料模型使用复介电常数 $\varepsilon_{total}$ 表示。其中，复介电常数 $\varepsilon_{total}$ 与频率 $f$ 的关系为：

$\varepsilon_{total} = \varepsilon + i\frac{\sigma}{2\pi f \varepsilon_0}$

其中， $\varepsilon$ 为介电常数， $\sigma$ 为电导率，单位为 $(\Omega . m)^{-1}$ 。

Name	Symbol	Units	Range	Default	Description
Permittivity	$\varepsilon$	~	实数， $\varepsilon\geq1$	1	介电常数
Conductivity	$\sigma$	$~(\Omega.m)^{-1}~$	实数， $\sigma\geq0$	0	电导率

在材料库窗口，通过Add material>Add new material>Add conductive添加所需的电导材料, 在编辑界面修改材料参数。

当电导率 $\sigma$ 设置得非常大时，电导材料模型的性能接近理想的导体，即PEC材料。

PEC材料除材料的名称和颜色外无其他设置参数，PEC材料的折射率如下图：

除了一般的电导材料，软件还支持2D电导材料。

在材料库窗口，通过Add material>Add new material>Add Conductive 2D添加所需的2D电导材料。

2D电导材料的表面电导率是材料的体电导率( $\sigma$ )和材料厚度( $t$ )的乘积。

Name	Symbol	Units	Range	Default	Description
Layer thickness	$t$	$m$	实数， $t\geq 0$	3.5e-5	二维材料的物理厚度
Conductivity	$\sigma$	$~(\Omega.m)^{-1}~$	实数， $\sigma\geq0$	58000000	材料的体电导率