应用案例

硅光集成的一个重要问题是集成波导器件与光纤或自由空间光学器件之间的接口问题，光栅耦合器凭借其易制作、灵活度高、对准容差大等优点，成为解决芯片与光纤之间耦合难题的最主要的解决方案。本案例建模仿真了一个聚焦光栅，并研究了它的耦合损耗。

米氏散射是一种粒子尺度接近或大于入射光波长时发生的散射效应。本案例使用SimWorks光学有限差分解决方案建模仿真计算了一个由总场散射场光源激发的纳米粒子，并使用内置的封闭盒外的远场Far field from a closed box分析组计算了该粒子的远场散射分布。

线栅偏振器是一类由亚波长周期的金属（如金、银、铝等）光栅组成的偏振器。因其结构紧凑、光亮度高、偏振消光比高、视场宽、易集成化等优点，在光开关、光学显示和成像系统等领域具有广阔的应用前景。本案例根据Ahn等人的工作，通过控制光栅间距、占空比和铝光栅的高度，可以调节消光比和传输等光学特性。

基于光波导的光学微腔具有较高的品质因子，并可以应用于光学滤波器、激光器和调制器等多个领域。本案例使用FDTD分析基于光波导的一维布拉格光栅谐振微腔的共振频谱，并计算共振频率和品质因子Q。通过加宽布拉格光栅中心结构的尺寸来引入缺陷，使光在布拉格结构的阻带内发生透射共振。

石墨烯的化学势可以通过施加电压或者化学掺杂等方式进行调节，这使其得在物质与光相互作用领域有着极大的应用范围，尤其是表面等离激元（surface plasmon polaritons, SPPs）。石墨烯材料通过激发表面等离激元的方式，将大大增强其与光相互作用的能力。

单模光纤相对于多模光纤纤芯更细，在工作波长范围内仅允许单个模式传输，这种设计为其提供了优异的传输性能和可靠性。单模光纤广泛应用于通信领域，包括长距离光纤通信、数据中心互连、无线基站回传、CATV、光纤传感等。本案例将以SMF-28单模光纤为例展示简单的模式计算。

人眼会对特定的光谱产生特定的色觉。反射型滤色器，通过选择性的调控反射光谱使人眼获得不同的色觉。本案例展示了如何计算反射光谱对应的色度坐标，并分析了该滤色器的显色调节规律。

负折射率超材料（Negative index metamaterial,NIM）是一种人造光学结构，它的折射率对于一定频率范围内的电磁波是负值。本文以J.Zhou论文中超材料结构进行仿真说明。

入射光可与金属纳米结构表面电子相互作用形成表面等离激元共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)，SPR具有突破衍射极限和局域场增强等独特的光学特性。本案例通过构建空气孔阵列金属薄膜结构模型，使用FDTD计算薄膜的透射和反射光谱，分析薄膜表面的近场分布和SPR引起的局域场增强。

石墨烯是厚度为一个原子的单层碳材料，由于其独特的物理特性，可以被应用于纳米级等离激元系统。通过调整静电掺杂或费米能级来激发单层石墨烯的表面等离激元波，从而实现对光的操纵和控制。根据Chu等人的研究，利用石墨烯层数和费米能级的轻微变化，可以使共振波长和调制强度发生显著改变。本案例将仿真该调谐过程。