前言

微納光學(xué)是當(dāng)前光學(xué)學(xué)科發(fā)展最活躍的前沿之一，結(jié)合了光子學(xué)與納米技術(shù)的前沿成果，主要優(yōu)點(diǎn)是能在局域電磁相互作用的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)許多全新的功能，成為21世紀(jì)不可或缺的關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)。微納光學(xué)不僅是光學(xué)領(lǐng)域的前沿研究方向之一，也是目前新型光電子產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向，在光通信、光互聯(lián)、光存儲(chǔ)、傳感成像、傳感測(cè)量、顯示、固體照明、生物醫(yī)學(xué)、安全、綠色能源等領(lǐng)域起到不可替代的作用。在這些廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域可以使用JCMsuite進(jìn)行模擬分析與設(shè)計(jì)，大大降低時(shí)間成本和物料成本。

JCMsuite是基于有限元方法(FEM)的一款納米光學(xué)軟件包。使用有限元方法(FEM)計(jì)算復(fù)雜納米光學(xué)系統(tǒng)中電磁場(chǎng)分布，為解決科學(xué)和技術(shù)挑戰(zhàn)提供了一種通用、嚴(yán)格且非常快速的方法。JCMsuite可以解決時(shí)諧麥克斯韋方程組的光散射問(wèn)題、波導(dǎo)設(shè)計(jì)問(wèn)題和光學(xué)共振問(wèn)題，以及線性彈性問(wèn)題、熱傳導(dǎo)問(wèn)題以及這些類型的任何耦合問(wèn)題。

通過(guò)JCMsuite，用戶可以定義各種材料特性，例如復(fù)雜和各向異性的材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率張量、分散特性、導(dǎo)熱率和剛度。軟件依賴基于殘差的誤差估計(jì)，自動(dòng)選擇各種數(shù)值設(shè)置，例如有限元度和PML(完全匹配層)設(shè)置。同時(shí)也特別關(guān)注光學(xué)上所有必要的后期處理和有效計(jì)算，例如傅立葉變換、遠(yuǎn)場(chǎng)、能量通量、重疊積分、光學(xué)成像、共振擴(kuò)展和賽爾因子。

本書詳細(xì)介紹了JCMsuite各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)操案例。本書共十一章，分別介紹了不同應(yīng)用領(lǐng)域的案例介紹，包含激光、掩模、散射測(cè)量、橢偏儀、光伏發(fā)電、表面等離子體、光纖、光學(xué)手性、衍射光學(xué)元件以及光子晶體。每個(gè)案例都涵蓋了建模流程，從材料定義、布局定義、光源定義到項(xiàng)目定義整個(gè)過(guò)程，旨在幫助JCMsuite初學(xué)者通過(guò)案例快速學(xué)會(huì)軟件。本書主要參考JCMwave公司發(fā)布的案例翻譯整理而成。

《JCMsuite案例指導(dǎo)書籍》，是由上海訊技光電工程部成員翻譯整理而來(lái)，譯者希望本書能對(duì)JCMsuite的使用者有所幫助，通過(guò)學(xué)習(xí)后能較好的掌握J(rèn)CMsuite軟件的基本使用方法。由于譯者水平有限，書中錯(cuò)誤紕漏之處，敬請(qǐng)同行讀者批評(píng)和指正。

目錄

1.光源部分—引言 3

1.1垂直腔面發(fā)射激光器 3

1.2高功率二極管激光器 7

1.3量子點(diǎn)發(fā)射器 12

1.3.1微米柱 12

1.3.1.1旋轉(zhuǎn)對(duì)稱發(fā)射器 14

1.3.2微透鏡 18

1.3.2.1耦合至光纖 20

1.3.3二維模型 22

2.光掩模 23

2.1衰減相移掩模 24

2.1.1降基法 26

2.2獨(dú)立的接觸孔 33

2.3 EUV掩模 37

2.4光學(xué)成像 42

3.散射測(cè)量 43

3.1硅通孔技術(shù) 43

4.橢偏儀 48

4.1 塊狀材料 48

5.光伏發(fā)電 51

5.1 薄膜太陽(yáng)能電池 51

5.1.1薄膜太陽(yáng)能電池一維模型 59

6.表面等離子體光學(xué) 60

6.1孤立的狹縫和凹槽 61

6.2等離子波導(dǎo) 66

6.3等離子納米天線 69

6.3.1共振擴(kuò)張 71

7.光纖 72

7.1單模光纖 72

7.2折射率漸變光纖 74

7.3彎曲單模光纖 77

7.4光子晶體光纖 78

7.4.1空心光子晶體光纖 78

7.4.1.1核心模式過(guò)濾 80

7.4.1.2扭曲式光子晶體光纖 82

7.4.2多核光子晶體光纖 82

7.4.2.1減少計(jì)算域問(wèn)題 84

8.光學(xué)手性 85

8.1孤立散射體 85

8.2四分之一波片 88

9.散射光學(xué)元件 90

9.1光柵 91

9.1.1線柵 92

9.1.2閃耀光柵 95

9.1.3方形晶胞 97

9.1.4六方晶胞 99

9.2孤立線柵 101

9.3光闌 104

9.4狹縫 106

9.5十字交叉結(jié)構(gòu) 109

9.6 納米球 110

10.硅光子 117

10.1脊形波導(dǎo) 117

10.2環(huán)形諧振腔 119

10.3光子晶體諧振腔 124

11.光子晶體 126

11.1光子晶體諧振腔 126

11.2光子晶體光纖 128

11.3一維光子晶體 128