应用案例

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。

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。

超材料是一种具有特殊性质的人造材料。这种材料可以调控电磁波的频率、幅度、相位和极化等基本的物理特征。本案例对Chen等人的论文中的无源超材料进行仿真，分析该超材料的表面电流密度。

如何提高太阳能电池的转换效率，是目前亟待解决的问题。较常用的一种方法是在有机太阳能电池光活性层（OSCs）中增加微纳米陷光结构来提高光吸收，从而达到提高转换效率的目的。其中在OSCs的光活性层使用光子晶体结构，可以增强太阳能电池对特定波段的光吸收。本案例使用FDTD仿真分析具有2D六角晶格光子晶体结构的有机太阳能电池的光吸收。

修改或定制物体热辐射曲线的能力在应用物理学和工程学的许多领域都非常重要。人们注意到，在亚波长尺度上对由金属和介电材料组成的器件进行周期性设计可以改变该器件的热辐射性质。本案研究了一个由金属钨和介电材料组成的器件周期性排列得到的光子晶体的热辐射现象。

“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。

根据IEEE的定义，“方向性”是指定方向辐射功率与所有方向辐射功率平均值的比值，是由远场的进一步分析得到，是描述远场辐射特性的重要参数之一。使用SimWorks光学有限差分解决方案的FDTD求解器，对远场进一步分析、计算，就得到了Directivity方向性分析组。

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。