应用案例

牛眼孔径是一种具有周期性环形金属沟槽的亚波长光学结构，通常由中央的微小圆孔和周围同心圆形狭缝阵列组成。当入射光照射在金属表面时，环形狭缝会在特定波长条件下激发表面等离激元，并在中央孔径处重新辐射到另一侧空间，从而实现强透射与光场增强效应。本案例对银薄膜上的牛眼孔径结构进行仿真，展示其典型的光场增强与定向辐射效应。

亚波长光学器件在光场调控和光子集成领域具有广阔的应用前景。聚焦型亚波长光学器件，能够有效提升光的方向性与能量集中度，在微纳尺度下实现远场聚焦，为高分辨率成像、近场探测以及光通信中的高效耦合提供了新的可能。然而，在亚波长尺度下，光会发生强烈的干涉和衍射，使得聚焦变得困难。Garcia-Vidal 等人提出了一种结构：在金属薄膜中开设单一亚波长孔径，并在孔周围引入表面沟槽，通过激发表面等离激元实现远场聚焦。本案例对该结构进行了建模仿真，并对焦斑宽度进行了分析，以展示其聚焦性能。

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。

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。

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。

“超材料(Metamaterial)”是一种特殊的人造材料，它们可以呈现出天然材料所不具备的超常物理性质，例如调控电磁波的频率、幅度、相位等。本案例建模仿真了Metal-Insulator-Metal（MIM）的等离子体超材料红外吸收器，研究其在可见光到近红外波段的反射透射吸收特性。