应用案例

在现代生物传感技术中，基于光学共振结构的传感器因其高灵敏度与无标记检测能力而受到广泛关注。共振型光栅结构作为一种典型的纳米尺度光学元件，能够在外界环境折射率发生微小变化时，通过其反射或透射光谱中的共振峰位移实现高精度检测，这一特性使其在生物分子识别、环境检测与医疗诊断等领域具有重要应用价值。本案例根据 $Cunningham$ 等人的工作[^1]，对一个典型的共振型生物传感光栅进行了建模仿真，并分析了其光学响应特性。

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。

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。

回音壁模式微盘是利用光的全反射，将光限制在微盘内，实现光增强的结构。回音壁模式微盘具有很高的品质因子和很小的模式体积，是当前光学研究的一个前沿和热门领域。本案例中，我们希望找到氮化镓圆柱体的一阶和二阶回音壁模式。

高Q值谐振腔的损耗速度慢，若仿真时间不够长时，腔内的场在仿真结束时仍未衰减为0。此时得到的场幅值是不准确的，需要对腔内模式场的幅值进行校正才能得到模式最终在腔内的实际幅值。本案例构建了光子晶体谐振腔结构，展示如何在高Q值谐振腔仿真时间不够时校正场的幅值。