金属-DBR 界面的 Tamm Plasmon
本案例以金属-布拉格反射镜界面的 Tamm plasmon 为目标。与“全向反射器”不同，这里要寻找的不是宽带高反射，而是嵌在高反射背景中的窄共振谷，以及与该共振对应的界面模特征。
这一问题仍然属于一维分层 TMM 的适用范围，但它对边界相位条件更敏感。对 Dreapex TMM 而言，真正需要验证的不是“有没有多层干涉”，而是“是否出现了符合论文特征的界面共振”。
研究背景
Tamm plasmon 是出现在金属与周期介质反射镜交界处的局域光学态。其物理基础是：DBR 提供禁带式高反射背景，金属边界提供额外相位条件，二者共同决定界面模是否存在。
这类结构的几何本质仍是标准的一维分层膜系，因此可以直接用 TMM 建模。对用户而言，最重要的观测量有两类：一类是 Reflection 中的窄共振谷，另一类是 Depth Distribution 中与该共振对应的场分布。
论文信息与对照目标
- 论文：Tamm plasmon-polaritons: Possible electromagnetic states at the interface of a metal and a dielectric Bragg mirror
- 作者：M. Kaliteevski, I. Iorsh, S. Brand, R. Abram, J. Chamberlain, A. Kavokin, I. Shelykh
- 期刊：Physical Review B 76, 165415 (2007)
- DOI：10.1103/PhysRevB.76.165415
- 对照图：论文
Figure 3
Figure 3 给出的是 TE / TM 两种偏振下、不同入射角的反射谱。论文横轴使用能量，软件使用波长，因此本案例按
lambda (nm) ~= 1240 / E (eV)
把论文中的 0.94–1.00 eV 对应到软件中的 1240–1320 nm。
从论文结构到 Dreapex TMM 模型的映射
本案例使用的是“严格经过真实前端操作”的首轮重建，而不是直接写入内部状态。模型、运行和截图均由 Playwright 驱动实际界面完成，并在运行前通过 Footer 确认无阻塞校验错误。
| 项目 | 本案例中的实现 | 说明 |
|---|---|---|
| 入射侧 | 默认 Air 入射介质 | 保持当前前端的角度输入按外部角度工作，便于直接对照论文角度轴；这是相对论文理想推导的一个显式近似 |
| DBR | LayerGroup：GaAs (83.8 nm) / AlAs (103.3 nm) x 14 | 对应论文中的 14 周期 GaAs/AlAs 四分之一波 Bragg reflector |
| 金属侧 | Transmission Medium = Au-backing | 用半无限背底近似论文中的 semi-infinite gold layer |
| 折射率来源 | main/GaAs/nk/Skauli.yml、main/AlAs/nk/Fern.yml、main/Au/nk/Johnson.yml | 数据来源于内置折射率数据库 |
| 材料载入方式 | 通过前端标准 File Upload 控件上传由数据库条目导出的 .nk 文件 | 当前 LayerGroup 对重复子层使用文件型条目最稳定，能完整保留前端校验链路 |
| 波长窗口 | 1240–1320 nm，步长 1 nm | 对应论文 Figure 3 的 0.94–1.00 eV 窗口 |
这里要特别说明：这不是“理论公式直接算完再塞进结果页”的做法，而是完整经过 Structure -> Optics -> Run -> Results 的真实前端流程，因此截图中保留了软件自己的建模和校验痕迹。
在软件中建模
建模顺序如下：
- 在
Structure中新建Layer Group。 - 将周期单元设置为
GaAs / AlAs两层，周期数设为14。 - 将金属侧设置为
Au-backing，使用从内置数据库导出的Johnson金数据。 - 检查底部
Footer，确认显示Parameter validation passed后再运行。 - 在
Optics中把波长窗口设为1240–1320 nm，与论文Figure 3的能量窗口一一对应。
复现目标与判据
对照论文 Figure 3，本案例的判据分为三层：
- 在
1240–1320 nm窗口内出现明显的窄反射共振谷。 - 随入射角增加，共振应向更短波方向移动，而不是消失为普通平顶高反射。
- 在共振波长处，深度场分布应优先在金属-DBR 交界附近增强，而不是仅表现为普通布拉格栈内部驻波。
首轮实现中，只要第一条成立，就说明已经进入论文所讨论的频段和模式邻域；但若第二、第三条不成立，则不能宣称“已完整复现论文中的 Tamm plasmon 分支”。
仿真结果与论文 Figure 3 对照
在当前这版真实前端模型中，法向入射已经出现清晰的反射谷。谷底位于约 1286 nm，换算为约 0.964 eV，与论文 Figure 3 中法向入射共振所在的 ~0.956 eV 已进入同一量级区间。
更具体地说：
- 当前法向入射结果的谷底反射率约为
0.18 - 共振位置与论文法向分支相差约
11 nm - 说明这组数据库材料与当前层序，已经把模型带到正确的频谱邻域
但当入射角提高到 60 deg 时，当前模型在同一窗口内几乎恢复为接近 1 的高反射平台，没有在 Figure 3 对应窗口中重新出现高角度共振谷。这说明：
- 当前实现尚未恢复论文中的完整角度分支
- 高角度分支可能对端面终止层、外侧介质定义和金属边界相位更敏感
- 这一步只能认定为“法向共振复现成功，角度色散仍待收紧”
脚本还实际生成了 30 deg 与 45 deg 的 TE / TM 截图，结果与 60 deg 类似：在当前 1240–1320 nm 窗口内未恢复论文中的移动共振谷。因此，这一版文章不把它误写成“完整匹配”，而是把它明确记录为首轮数据库驱动重建的当前边界。
深度场检查
在法向入射、1286 nm 的共振附近，Electric Field 页面确实显示出明显的深度选择性响应，但峰值仍然分布在膜系内部的多个位置，尚未收敛到论文中典型的“紧贴金属-DBR 边界”的界面局域形态。
这意味着：
- 当前模型已经在正确的频段触发了一个明显共振
- 但该共振仍更接近“强耦合分层驻波”而不是已经干净收敛的理想 Tamm 界面模
- 要进一步逼近论文，仍需继续收紧终止层和边界条件
偏差来源
当前偏差主要来自以下几项：
- 论文讨论的是理想化的金属-DBR 边界条件，而本案例使用的是数据库色散金材料与真实前端求解链路
- 当前前端为了让角度输入保持外部角度语义，入射侧保留为默认
Air，这与论文推导中的理想边界定义并不完全等价 - 14 周期的简单
LayerGroup只实现了基础周期结构，尚未继续扫描“哪种终止层紧贴金属”这一最敏感条件 - 金属侧使用
Johnson数据，而不同金数据集会显著改变界面相位和吸收 - 当前波长步长为
1 nm，足以定位共振区，但不足以精细评估 meV 级线宽
因此，这一版案例的准确表述应当是：已经用真实前端流程复现了论文目标频段中的法向反射共振，但尚未完整恢复论文 Figure 3 中的角度色散分支与理想界面局域场。
可进一步扩展的实验
- 保持当前数据库材料不变，继续测试金属侧的终止层顺序，并比较高角度分支是否回到
1240–1320 nm窗口。 - 保持
Figure 3的窗口不变，改用数据库中的其他金条目（如Rakic-BB）比较金属相位差异。 - 固定法向共振，进一步细化波长步长到亚纳米范围，再检查线宽和谷底位置。
- 另建一个
30 nm金薄膜版本，对照论文Figure 1/Figure 4，检查有限厚度金膜下的场局域是否更接近文中示意。