应用案例

对更小、更快、更低功耗半导体器件的需求不断推动着光学光刻技术的进步。随着半导体器件尺寸的不断缩小，例如在45nm节点一些需要成像的特征小于所用的193nm光源波长的四分之一，需要使用交替相移掩模（APSM）来提高分辨率。这种尺度会导致严重的邻近效应，需要通过光刻仿真来了解这些效应，以便在掩模设计中将其考虑在内，从而实现可预测和可靠的工艺。本案例展示了如何在FDTD中使用交替相移掩模（APSM）对亚波长特征进行成像。

威尔金森功率分配器是一种可用于功率分配的三端口器件，相比于普通T型功率分配器，它可以使所有端口的阻抗匹配，并且可以实现任意的分配功率。与电阻功率分配器相比，威尔金森功分器可以实现输出端口之间的隔离，端口的阻抗匹配时没有损耗，只有输入信号在输出端口产生的反射波会被电阻元件耗散。本案例建模仿真了Pozar中例7.2设计的均等分配（3 dB）威尔金森功分器。

Antoniades等人提出了一种新型负折射率（NRI）的共面波导（CPW）传输线（TL），它可以用在传统传输线后进行相位补偿，使得设计频率经过所有传输线传播后实现正、负或零相移。其负折射率超材料部分由集总元件电容器和电感器组成，集总元件值的微小变化能在不改变总长度的情况下，改变传输线的相位特性。因此，其优点是体积小、结构简单、易于制作平面微波电路，在设计频率附近表现出线性相位响应。本案例参考了Antoniades等人的论文，建模仿真了工作频率 f=1GHz 的零相移NRI-TL。

默认情况下，模式光源计算指定频率范围中心频率的模式，然后在所有频率注入该模式，这种方法在单频和窄带仿真中非常有效。但在宽带仿真中，不同频率下计算的模场不同，只采用中心频率的模场注入产生的模式失配误差会随着频率范围的增加而增大。本文将以在宽带太赫兹范围内工作的带有薄介电涂层的铜线为例，演示模式源的多频解模功能。

同轴馈电矩形贴片天线是最基本的微带天线，由介质基板、接地板、导体薄片组成。相比于传统天线，同轴馈电矩形贴片天线不仅体积小，重量轻而且易集成，成本低，适合批量生产。本案例使用FDTD仿真了一个安装在无限金属地平面上的矩形贴片天线，计算了它的回波损耗和远场方向性。

在2007年，Kaliteevski等人在金属和布拉格光栅之间成功激发塔姆等离激元。塔姆等离激元的色散曲线位于光锥内，可以直接被激发，同时，其对光的入射角度没有要求并且TE或者TM偏振光都可以激发。这些特性使得其在表面光增强、非线性光学以及激光等领域有着广阔的发展潜力，本案例将仿真研究该过程。

阵列波导光栅是密集波分复用系统中的关键器件，随着大规模光子集成器件的发展，阵列波导光栅的小型化设计成为了重要的课题。本案使用 SimWorks光学有限差分解决方案的 2.5D-FDTD 求解器例建模仿真了一个马鞍型硅纳米线阵列波导光栅，并计算了其输出的频谱响应与损耗。

木堆晶格（woodpile Lattice）光子晶体一般由一堆交替垂直排列的长方体介质组成。本案例结合现有文献，构建木堆晶格光子晶体模型，使用FDTD求解器探究此光子晶体的能带结构。

集成光子学已成为光通信、传感和信号处理等领域的重要支撑技术。在众多光子器件中，环形谐振器因其结构紧凑、品质因数高以及优异的波长选择特性，被广泛应用于滤波、调制和非线性光学等场景。本案例设计仿真了一个中心波长为1.55 um,自由频谱宽度（Free Spectral Range, FSR）为3200GHz的环形谐振器。

光栅耦合器已成为硅基集成光路中至关重要的耦合器件，但如何解决光纤与光波导的耦合问题已成为一个重要研究课题。本案例中偏振分束的光栅耦合器能够同时实现偏振分束和光的高效耦合两大功能，它采用垂直光栅耦合的方式，可以直接集成在绝缘体上硅（SOI）平台上，是该问题的最佳解决方案之一。