《JCMsuite案例解析》

前言

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。

 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。

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。

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。

《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。

讯技光电科技(有限)公司

2022年2月 上海

目录

1.光源部分—引言 3

1.1垂直腔面发射激光器 3

1.2高功率二极管激光器 7

1.3量子点发射器 12

1.3.1微米柱 12

1.3.1.1旋转对称发射器 14

1.3.2微透镜 18

1.3.2.1耦合至光纤 20

1.3.3二维模型 22

2.光掩模 23

2.1衰减相移掩模 24

2.1.1降基法 26

2.2独立的接触孔 33

2.3 EUV掩模 37

2.4光学成像 42

3.散射测量 43

3.1硅通孔技术 43

4.椭偏仪 48

4.1 块状材料 48

5.光伏发电 51

5.1 薄膜太阳能电池 51

5.1.1薄膜太阳能电池一维模型 59

6.表面等离子体光学 60

6.1孤立的狭缝和凹槽 61

6.2等离子波导 66

6.3等离子纳米天线 69

6.3.1共振扩张 71

7.光纤 72

7.1单模光纤 72

7.2折射率渐变光纤 74

7.3弯曲单模光纤 77

7.4光子晶体光纤 78

7.4.1空心光子晶体光纤 78

7.4.1.1核心模式过滤 80

7.4.1.2扭曲式光子晶体光纤 82

7.4.2多核光子晶体光纤 82

7.4.2.1减少计算域问题 84

8.光学手性 85

8.1孤立散射体 85

8.2四分之一波片 88

9.散射光学元件 90

9.1光栅 91

9.1.1线栅 92

9.1.2闪耀光栅 95

9.1.3方形晶胞 97

9.1.4六方晶胞 99

9.2孤立线栅 101

9.3光阑 104

9.4狭缝 106

9.5十字交叉结构 109

9.6 纳米球 110

10.硅光子 117

10.1脊形波导 117

10.2环形谐振腔 119

10.3光子晶体谐振腔 124

11.光子晶体 126

11.1光子晶体谐振腔 126

11.2光子晶体光纤 128

11.3一维光子晶体 128