2.1
ساختارها به گونه ای گسسته می شدند که حداقل در هر جهت دکارتی حداقل 50 عنصر مش در هر عرض استفاده می شد ، حداکثر اندازه عنصر مش 30 نانومتر است. برای منطقه هوای خارج از سازه ، مش داخلی 2 در جهت یابی z استفاده شده است.
شکل 2. شبیه سازی های FDTD تأیید می کند که آرایه های میکرولنس مانند عنکبوت باعث افزایش طول مسیر و کاهش بازتاب specular می شوند. ( الف ) میکروگراف SEM از گروهی از میکرو لیزرهای M. speciosus در یک منطقه فوق العاده سیاه. ( ب ) دیدگاه از میکرولن های تک در شبیه سازی یک آرایه شش ضلعی نامتناهی. ( ج ) چشم انداز xz و ( د ) نمای بالای میکرون ها ، از جمله تعریف پارامترهای هندسی مورد استفاده در شبیه سازی. ( ه ) شماتیک رفتار شبیه سازی (نشان دادن سفارشات m = 0 تا 4) از ساختار دوره ای ، با تعریف زاویه جمع آوری α، که در آن فقط زوایای منعکس شده کمتر از α در اندازه گیری بازتاب تجربی و همچنین توسط عنکبوت زن جمع آوری می شود. ( f ) عکس تعامل مردانه (بالا) -ترکیبی (پایین) ، با برآوردی از زاویه مجموعه ، α ، برای عنکبوتهای زن ، که با در نظر گرفتن عرض شکم نر ، فاصله چشم از مرکز زن از مرکز و فاصله معاشرت تعیین می شود. مسافت شکم نر تقریباً 2.1 میلی متر عرض دارد. عکس با احترام از یورگن اتو است و ممکن است تکثیر نشود. ( g ) نقشه های کانتور که نشان دهنده وابستگی بازتاب (سمت چپ) و تغییر طول مسیر (راست) در مقیاس طول میکرولنها: شعاع ، R 0 و ارتفاع ، ساعت 0 برای کشیدگی لنزهاe 0 = 3 و زاویه جمع آوری ، α = 90 درجه. 'S' و 'K' به ترتیب قد و شعاع برای M. speciosus و M. کرrie به ترتیب تقریبی دارند. ( h ) بازتاب (محور سمت چپ ، منحنی های آبی) و تغییر در طول مسیر (محور سمت راست ، منحنی های قرمز) برای α های مختلف (نقشه چپ) و e 0 (نقشه راست) و به عنوان تابعی از R 0 (با e 0 = 1 ، نقشه سمت چپ) و h 0 (جایی که α = 90 درجه ، طرح راست).
در محاسبه بازتاب ، سه زاویه جمع آوری مورد علاقه است: (i) 30 درجه برای مطابقت با تنظیم میکروسکوپ ، (ب) 90 درجه برای به دست آوردن کل نور منعکس شده ، و (iii) 12 درجه ، تخمین زاویه مجموعه چشمان زن تقریباً 0.85 میلی متر از انتهای انتهای روبرو شکم نر تقریباً 2.1 میلیمتر که تقریباً 7 میلی متر از آن قرار دارد ( شکل 2 E ، F ). اگرچه چشم های عنکبوتی طاووس طاووس دارای دید چشمگیر 58 درجه است [ 48 ] ، فقط پرتوهای منعکس شده یا ساطع شده از شکم نر که از چشمان او قطع می شود ، مربوط به کار ما است.
برای این کار ، یک موج هواپیما به طور معمول در یک خط بی نهایت ریزساختار در (( x ، y )) هواپیما رخ می داد ( z -direction) . دامنه های شبیه سازی در محدود شد Z -direction توسط لایه های کاملا همسان (PMLs) در حالی که تقارن و antisymmetry شرایط مرزی در استفاده شد X و Yبسته به اینکه قطبش برای چراغ حادثه انتخاب شده باشد. تمام نتایج ارائه شده به طور میانگین دو شبیه سازی با قطبش متعامد است. مانیتورهای حوزه دامنه فرکانس برای جمع آوری نور منعکس شده و منتقل شده ، به ترتیب در بالا و پایین ساختار قرار داده شده اند. بسته بندی شش ضلعی به منظور تقلید بسته بندی غالب مشاهده شده در SEM های دو گونه عنکبوت مورد مطالعه انتخاب شد.
پالس الکترومغناطیسی محدوده طول موج را در حدود 350-750 نانومتر (به منظور اطمینان از قدرت قابل ملاحظه میدان در دامنه مورد علاقه ، 400-700 نانومتر) پوشانده است. مرزها و مانیتورهای PML با فاصله حداقل λ حداکثر / 2 از یکدیگر و از ساختار فاصله داشتند. این شبیه سازی با سطح خاموش شدن اتومبیل 10 − 4 به پایان رسید . ساخته شده در شبکه شانه عسل تابع طرح به تجزیه زمینه توسط مانیتور های جمع آوری شده به مجموعه ای از امواج مسطح سفر در جهات مختلف مورد استفاده قرار گرفت، θ. برای بازتاب ، این جهات معادل زاویه پراش است ، در جایی که زوایای بزرگتر از زاویه پذیرش (یا با انتخاب هدف میکروسکوپی یا موقعیت عنکبوتها در حین مهمانی تعریف شده باشند) فیلتر شدند. برای انتقال ، از زوایای مسافرتی برای محاسبه افزایش طول مسیر در مقایسه با یک سطح مسطح استفاده می شد ، که نور را به طور عادی از بین نمی برد. افزایش طول مسیر بدین ترتیب توسط Δ مسیر طول = 1 / cos θ داده شده است . 1. نتایج برای طول موج بصورت خطی در مراحل 10 نانومتر از طول موج 400-700 نانومتر نمونه برداری شده است.
مقدار مورد استفاده در شبیه سازی برای ضریب شکست کوتیکول عنکبوت از 1.5 تا 1.63 متغیر است ، معمولاً با شناسایی مایع از ضریب شکست شناخته شده که با کوتیکول مطابقت دارد [ 9 ، 49 ، 50 ] استنباط می شود ، بنابراین رنگ های ساختاری را هنگام غوطه ور شدن از بین می برد. اقدامات دقیق تر از ضریب شکست ، به عنوان مثال ، میکروسکوپ تداخل Jamin-Lebedoff ، مقادیر قابل مقایسه ای برای پروانه کیتین [ 51 ] ، ماده ای مربوط به کوتیکول عنکبوتی [ 48 ] پیدا می کند. ما فرض می کنیم که جزء تخیلی از ضریب شکست معادل 0 است ، به دنبال آنچه برای کیتین بدون استفاده در بال پروانه در 51 فرض شد.] این ممکن است به یک برآورد کوچک از بازتاب کمک کند ، که ترجیح داده می شود برای کمترین ارزیابی باشد زیرا ما در اینجا در حال مطالعه درجه ای هستیم که کوتیکول عنکبوت می تواند بازتاب کم باشد. در اینجا ، به دنبال [ 10 ] ، ما از مقدار n = 1.55 استفاده می کنیم (به استثنای جایی که اثرات متفاوت n در شبیه سازی را مطالعه می کنیم) ، که توسط یک مسابقه نزدیک بین محاسبه و اندازه گیری اعتبار می یابد (مواد مکمل الکترونیکی ، معادله S1 ، مشاهده نتایج )
در عنکبوت طاووس ، رنگ سیاه توسط ملانین بسته بندی شده در دانه های رنگی کروی به نام ملانووزوم تولید می شود [ 15 ]. در گونه های مورد مطالعه در اینجا ، ما ملانووزوم ها را در یک لایه متراکم ، بی نظم و انباشته در زیر کوتیکول (مواد مکمل الکترونیکی ، شکل S3 ، "مل" در شکل 4) شناسایی کردیم ، با همان اندازه و مکان به عنوان ملانووزوم های مشخص شده در کار Hsiung در رابطه گونه ها [ 9 ، 15 ]. برای این تجزیه و تحلیل ، ما روی ریزساختارها تمرکز می کنیم اما به طور خاص جذب ملانین را مدل نمی کنیم (به مواد مکمل الکترونیکی ، روش ها مراجعه کنید).
منبع
https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2019.0589