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微纳光学是当前光学学科发展最活跃的前沿之一,结合了光子学与纳米技术的前沿成果,主要优点是能在局域电磁相互作用的基础上实现许多全新的功能,成为21世纪不可或缺的关键科学和技术。微纳光学不仅是光学领域的前沿研究方向之一,也是目前新型光电子产业的重要发展方向,在光通信、光互联、光存储、传感成像、传感测量、显示、固体照明、生物医学、安全、绿色能源等领域起到不可替代的作用。在这些广泛的应用领域可以使用JCMsuite进行模拟分析与设计,大大降低时间成本和物料成本。 ol50d73B JCMsuite是基于有限元方法(FEM)的一款纳米光学软件包。使用有限元方法(FEM)计算复杂纳米光学系统中电磁场分布,为解决科学和技术挑战提供了一种通用、严格且非常快速的方法。JCMsuite可以解决时谐麦克斯韦方程组的光散射问题、波导设计问题和光学共振问题,以及线性弹性问题、热传导问题以及这些类型的任何耦合问题。 iA]DE`S 通过JCMsuite,用户可以定义各种材料特性,例如复杂和各向异性的材料的介电常数和磁导率张量、分散特性、导热率和刚度。软件依赖基于残差的误差估计,自动选择各种数值设置,例如有限元度和PML(完全匹配层)设置。同时也特别关注光学上所有必要的后期处理和有效计算,例如傅立叶变换、远场、能量通量、重叠积分、光学成像、共振扩展和赛尔因子。 5;}2[3}[ 本书详细介绍了JCMsuite各个应用领域的实操案例。本书共十一章,分别介绍了不同应用领域的案例介绍,包含激光、掩模、散射测量、椭偏仪、光伏发电、表面等离子体、光纤、光学手性、衍射光学元件以及光子晶体。每个案例都涵盖了建模流程,从材料定义、布局定义、光源定义到项目定义整个过程,旨在帮助JCMsuite初学者通过案例快速学会软件。本书主要参考JCMwave公司发布的案例翻译整理而成。 { AFf:[G 《JCMsuite案例指导书籍》,是由上海讯技光电工程部成员翻译整理而来,译者希望本书能对JCMsuite的使用者有所帮助,通过学习后能较好的掌握JCMsuite软件的基本使用方法。由于译者水平有限,书中错误纰漏之处,敬请同行读者批评和指正。 3be6p kPW BDpzN 讯技光电科技(有限)公司 2022年2月 上海 1^S'sWwe X|,["Az
8 目录 5Wo5n7o 1.光源部分—引言 3 ;;M"hI3@ 1.1垂直腔面发射激光器 3 \Ps5H5Qk; 1.2高功率二极管激光器 7 tbg*_ZQO u 1.3量子点发射器 12 Ha?G=X 1.3.1微米柱 12 X2LV&oi 1.3.1.1旋转对称发射器 14 VXA[TIqp 1.3.2微透镜 18 ka/nQ~_#< 1.3.2.1耦合至光纤 20 /\d(c/, 4 1.3.3二维模型 22 [M`=HhJ4 2.光掩模 23 $_wo6/J5+D 2.1衰减相移掩模 24 f`,-b 2.1.1降基法 26 hv3;irK]& 2.2独立的接触孔 33 grc:Y 2.3 EUV掩模 37 a%v>eXc 2.4光学成像 42 D '<$ g 3.散射测量 43 _p0)vT 3.1硅通孔技术 43
QPX`l0V 4.椭偏仪 48 oooS s&t 4.1 块状材料 48 C\OECVT 5.光伏发电 51 wE?CvL 5.1 薄膜太阳能电池 51 ~JLYhA^'+< 5.1.1薄膜太阳能电池一维模型 59 @cPflb 6.表面等离子体光学 60 a#$N% =j 6.1孤立的狭缝和凹槽 61 !W~QT} 6.2等离子波导 66 0t+])> 6.3等离子纳米天线 69 H$Kw=kMw 6.3.1共振扩张 71 mzz$`M1 7.光纤 72 {tc57jsr 7.1单模光纤 72 bi.wYp(*6L 7.2折射率渐变光纤 74 iKhH ^V%j 7.3弯曲单模光纤 77 v$;@0t:;# 7.4光子晶体光纤 78 h
D.)M 7.4.1空心光子晶体光纤 78 :G#KB' 7.4.1.1核心模式过滤 80 cv]BV>=E 7.4.1.2扭曲式光子晶体光纤 82 7k'gt/#up 7.4.2多核光子晶体光纤 82 GB=bG%Tb 7.4.2.1减少计算域问题 84 )nOE8y/ 8.光学手性 85 TtZ}"MPZ 8.1孤立散射体 85 jQ|:I7y 8.2四分之一波片 88 m<3w^mww 9.散射光学元件 90 s%O Y<B@V2 9.1光栅 91 eVx~n(m!} 9.1.1线栅 92 \sITwPA[z 9.1.2闪耀光栅 95 Q ?^4 \_ 9.1.3方形晶胞 97 ]+ZM/'X 9.1.4六方晶胞 99 *7Xzht&f 9.2孤立线栅 101 I|T7+{5z 9.3光阑 104 #|?8~c;RWG 9.4狭缝 106 Im+7<3Z 9.5十字交叉结构 109 Zw#<E
=\ 9.6 纳米球 110 m8+:=0|$ 10.硅光子 117 !W
/C[$E 10.1脊形波导 117 m]P/if7 10.2环形谐振腔 119 eF5;[v 10.3光子晶体谐振腔 124 _C$X04bU3V 11.光子晶体 126 /tZ0
|B( 11.1光子晶体谐振腔 126 8#l+{`$z 11.2光子晶体光纤 128 7]Rk+q2: 11.3一维光子晶体 128 03_pwB)^
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