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前言 C}n[?R 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。 #;wkr)) 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。 Pz5ebhgq 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。 Y1#-^,qg 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。 z\xiACIc 《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。 ,Wz[tYL* FE0qw1{qQ 讯技光电科技(有限)公司 2022年2月 上海 )j{WeG7L "Czz,;0 目录 ,`ZPtnH+ 1.光源部分—引言 3 8#X?k/mzU 1.1垂直腔面发射激光器 3
YRg=yVo2 1.2高功率二极管激光器 7 #[gcg]6c 1.3量子点发射器 12 E}xz7u 1.3.1微米柱 12 R88(dEK 1.3.1.1旋转对称发射器 14 ?2JS&i 1.3.2微透镜 18 zAKq7'_= 1.3.2.1耦合至光纤 20 u5u0*c 1.3.3二维模型 22 f o/
D3 2.光掩模 23 @4G.(zW 2.1衰减相移掩模 24 1<XiD3H; 2.1.1降基法 26 w/lXZg 2.2独立的接触孔 33
Hv[d<ylO 2.3 EUV掩模 37 pb=jvK 2.4光学成像 42 _7-"VoX 3.散射测量 43 O\|C,Epm 3.1硅通孔技术 43 N+Q(V*:3v 4.椭偏仪 48 \SYPu,ZT 4.1 块状材料 48 Q\&AlV 5.光伏发电 51 kGB#2J 5.1 薄膜太阳能电池 51 ?)A]q'
O 5.1.1薄膜太阳能电池一维模型 59 :J=+; I(UI 6.表面等离子体光学 60 &LCUoTzj 6.1孤立的狭缝和凹槽 61 wc<2Uc 6.2等离子波导 66 W _PM!>8` 6.3等离子纳米天线 69 W+#}~2&Dv 6.3.1共振扩张 71 UPfFT^=y 7.光纤 72 ir?Uw:/f 7.1单模光纤 72 u\Nw:Uu i 7.2折射率渐变光纤 74 M9uH&CD6U 7.3弯曲单模光纤 77 H3
A]m~=3 7.4光子晶体光纤 78 "Cb.cO$i; 7.4.1空心光子晶体光纤 78 oyKt({ 7.4.1.1核心模式过滤 80 ,xAM[h& 7.4.1.2扭曲式光子晶体光纤 82 IQ(]66c, 7.4.2多核光子晶体光纤 82 n.Ur-ot 7.4.2.1减少计算域问题 84 -(4E 8.光学手性 85 >)AE|j` 8.1孤立散射体 85 9 NGeh*` 8.2四分之一波片 88 FT|/WZR 9.散射光学元件 90 ZaukMEq 9.1光栅 91 9E->;0- 9.1.1线栅 92 1+16i=BF) 9.1.2闪耀光栅 95 tj"v0u?zW 9.1.3方形晶胞 97 y]z)jqX< 9.1.4六方晶胞 99 +(QMy&DtS 9.2孤立线栅 101 Mm>zpB`qP 9.3光阑 104 )+jK0E1 9.4狭缝 106 P-E'cb%ub 9.5十字交叉结构 109 /ygUd8@ 9.6 纳米球 110 2;Y@3d:z 10.硅光子 117 Ovaj":L 10.1脊形波导 117 r|JiGj^om 10.2环形谐振腔 119 .J<qfQ 10.3光子晶体谐振腔 124 *0Wi^f 11.光子晶体 126 *6sJ*lh 11.1光子晶体谐振腔 126 J^s< |