应用案例

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。

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。