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、FDTDSolutions应用实例库•纳米粒子散射•纳米线栅偏振器•光子晶体VCSEL•SPR纳米光刻•薄膜太阳能器件•波导微腔3实例一：纳米粒子散射1、纳米粒子等离子体:散射、吸收、和灭绝截面测量FDTD的解决方案•光入射金属纳米颗粒,共振交互与电子电荷密度表面附近,称为表面等离子体著,扮演一个重要角色在确定效率与入射光吸收及散射。在这个例子中,我们确定,对于一个银纳米线,直径50纳米,freqeuncy依赖polariton表面等离子体共振和计算散射,横截面灭绝和吸收波长的函数在这附近共振。字段的数量提高近于兴奋时,表面上共振决定。4纳米粒子散射•第一步：构造纳米工程在layout编辑器和模拟layout编辑器中显示的位置的模拟对象。不同的对象的类(物理原语,辐射源、监视器)的色彩编码的辨识。对象可以移动鼠标并调整容易。使用total-fieldscattered-field源来激发纳米粒子与宽带光学signalmakes很容易确定物种灭绝,吸收和散射场谱从单一仿真。5•第二步：获得的理解——看那部电影电影展示了仿真动态很容易创建,并提供信息,有助于理解的设备的行为。在这里,电影展示了如何宽带光脉冲在近场交互与银纳米粒子。•第三步：测量时间响应综合分析程序帮助数据分析和可视化。从下拉菜单选择哪个监视器你要分析,而字段组件的兴趣。例如,通过选择实时监控和磁场中的组件z-direction从下拉菜单、一块时间信号很容易产生。纳米粒子散射•第四步:测量散射、吸收、断面和灭绝内置的参数扫描分析和优化环境可以用来执行参数清洁工分发工作在大量的计算机,和速度仿真和分析。在这里,我们使用定制的分析程序中可用的解决方案知识库,采用时域有限差分计算散射、吸收和灭绝交叉区域的纳米粒子,进行比较与分析响应。9纳米粒子散射•第五步:确定野外剖面和关闭共振利用频域监视器记稳态/连续波响应的兴趣。多个稳定状态响应可以确定在一个模拟,从而节省了时间序列在解决方案的技术,需要执行模拟在每个频率点的兴趣。11实例二：纳米线栅偏振器1、纳米线网格偏振镜紧凑光子偏振控制元素——与解决方案设计和优化FDTD•高对比度极化控制装置的组成sub-wavelength金属光栅-纳米线偏振器件——正在取代网格批量光学元素。纳米线网格偏振器件提供改进消光比对比,最小的吸收来解决高亮度照明,紧凑的形式因素促进大规模生产和集成在小型光学组件。然而,纳米线偏振器件是富有挑战性的网格组件来设计,特别是如果制造缺陷都考虑进去。在这个应用程序中,我们将展示FDTD解决方案可以用来最大化对比度的纳米线偏振镜网格任意角度,同时保持高传播。13纳米线栅偏振器•第一步：构建解决方案的纳米线FDTD模型网格偏振镜layout编辑器显示了定位所有的模拟对象。这里我们展示铝光栅构成基本纳米线偏振镜的网格。不同的对象的类(物理原语,辐射源、监视器)的色彩编码的辨识。对象可以移动和缩放和简单的鼠标移动。铝wiregridpolaizer模式很容易采用数组函数结合宽带光学材料包含在材料数据库。14纳米线栅偏振器•第二步：模拟对比度作为函数就以沥青的铝纳米线网格偏振镜使用宽带照明源FDTD解决方案可以测量光学响应穿过宽广的波长范围在一个仿真。通过执行两个模拟——一个设有极化,和另一个以p极化和采取的比值频域传输的曲线,结果,对比度可以模拟为一个指定的wiregrid偏镜几何。使用参数和优化框架内横扫FDTD的解决方案,它非常简单,测量偏振镜对比度作为函数光栅的周期。在这里,计算是performend正常发病率:16纳米线栅偏振器•第三步：测量对比度的纳米线偏振镜的网格作为函数的光栅责任周期同样,使用相同的参数扫描分析框架,如何得到对比度随责任周期可以很容易地模拟。由此产生的曲线显示了传输的光照p-polarized作为责任周期增加。基于这些结果,铝制光栅与责任周期的50%已获得约85%的传播。与一个s-polarized传输2X10-6(结果没有显示),一个理想的50%没有制造业工作铝光栅错误可以实现对比度的X10-6大约4。18纳米线栅偏振器•第四步：模拟得到的响应非正态纳米线网格发病率照明。铝光栅wiregrid偏振镜有TE传播的大约85%的normally-incident平面波。现在,与一个源呈四十五度角,传播下降到大约83%。这些结果生成模拟一个时期的wiregrid偏振镜,然后使用复杂的脚本的环境,在解决方案将FDTD响应从单个光栅牙的反应,multi-tooth组成部的铝光栅。20纳米线栅偏振器•第五步：可视化的操作nanogrid线偏振镜——看电影采用时域有限差分解决方案允许您可视化领域的动态仿真,便于分析,协助直觉的设备的性能和行为。在这里,两个电影已经生成了:用于年代极化,另一个用于p极化。如图所示,电影中的铝光栅是有效的p-polarized在传输光和反映了s-polarized光。通过将这两种偏振相互分离,得到的纳米线网格被认为是能够获得大量的对比度如果制造缺陷可以最小化。22实例三：光子晶体VCSEL1、光子晶体辐射模拟使用FDTD的解决方案•为了surface-emittingvertical-cavity激光器(VCSELs)用于高性能光学通信系统,典型的高功率、稳定、单一模式操作是必需的。最近,这种强劲的横向模式控制已经演示了使用二维光子晶体(2DPC)模式进行到一半的蚀刻大约DBR顶部的辐射。这里我们考虑一个小说描述的PC-VCSEL设计Yakouchi等人,达成协议。物理学。莱特。研究所硕士论文,台北,82(2003)p.3608)和计算模式概要和farfield辐射图案的设备。23•第一步：创建模型的PC-VCSELFDTD的解决方案一个3D模型的辐射这里显示的是在layout编辑器采用时域有限差分解决方案。2D三角形晶格PC空腔发射开市,创建模拟对象库,显示这些蚀刻在顶层镜子2微米的深度。分析了模态结构支持合并后的光子晶体/DBR腔是通过励磁通过宽带、偶极子源位于激光谐振腔内。24•第二步：计算模态的概要的PC-VCSEL在3D通过开展一个FFT-based腔的分析时间响应,frequeny谐振腔可获得的。在确定辐射腔共振频率的模式中,配置文件是apodized频域计算使用监视器配置来提取CW响应的辐射设备在感兴趣的共振频率。26•第三步：确定的PC-VCSELfarfield辐射模式使用内置的完全near-to-far矢量场转换函数在FDTD解决方案、近场略高于顶的表面辐射可以转换成一个远场辐射轮廓。极地情节下面显示,multi-lobed远场结构的光子晶体所介绍的模式和相对强度的叶及其传播角度在远场。30实例四：SPR纳米光刻1、方法模拟表面等离子体共振干涉光刻技术•光学光刻技术,利用表面等离子体共振光近场已逐渐成为可能的技术为制造纳米功能超出了衍射极限。通过使用光阻剂,是敏感的表面等离子体共振频率,曝光的一层薄薄的光刻胶直接低于接触面具可以创建一个在纳米尺度下航拍图像。反过来,通过纳米平版印刷图案,金属与介电质间的表面可以导致强烈增强的纳米级空间分布的光能量。这表面等离子体共振技术并不衍射极限的方法,可以产生亚波长功能使用广泛的光束照明与可见光。31纳米光刻•第一步：创建FDTD解决方案模型的表面等离子体共振方法接触面具一个2D截面通过石英基质(蓝色)、银接触面具(灰色),光阻剂(粉红色)和矽晶圆(红色)显示在FDTD解决方案布局编辑,连同来源和监视器用于仿真。32纳米光刻•第二步：看电影的表面等离子体共振光刻暴露过程电影展示了仿真动态很容易创建,并提供信息,有助于理解的设备的行为。这里的事件源光隧道穿越稀薄的银接触面具和夫妇表面等离子体模式在银/光刻胶界面。快速横向场变化促进了潜在的光刻胶光刻暴露与纳米特性。证明了在电影里,表面等离子体共振光刻能够创建航拍图像具有空间特征远小于波长的照明。33纳米光刻•第三步：分析了表面等离子体共振光刻近场数据详细的研究结果和数值的解决方案,所有复杂的光学波的交互的接口的许多材料,包括硅基片上的反射,准确地对待。一个阴谋的近场强度在截面通过银丝面膜层(y=0到60海里)和光刻胶层(y=-50到0nm)显示在对数。表面等离子体模式是清楚地看到在银胶面罩/接口。周期性结构允许入射光束夫妇counter-propagating表面等离子体波,这引起了亚波长的变化在光阻层强度的设计思想。34纳米光刻•第四步：验证了亚波长特性产生的表面等离子体共振FDTD方法模拟的解决方案。FDTD模拟数据可以轻而易举的解决方案进行了分析和策划要么在图形用户界面或使用复杂的内置的脚本语言。光强度的思想在中间的光阻层,30nm低于接触面具,是作为位置函数的策划。高对比度模式显示允许的最小尺寸大约80纳米,可以转移到光阻剂。这sub-wavelength结果实现了与表面电浆子远远低于绕射极限436nm源,因此适合应用程序的方法。36实例五：薄膜太阳能器件1、光学设计的太阳能电池:建模一个纳米薄膜太阳能电池光伏在FDTD的解决方案•薄膜太阳能电池光伏电池板提供收获的可能性几乎无限的电磁能量来自太阳的辐射。然而,这些太阳能电池的广泛应用,要求更大的转换效率可达比这低成本可与当前批量的硅太阳能电池技术。在这方面,新的纳米光子材料和薄膜太阳能电池技术加上新兴处理技术能够可靠地制造廉价的纳米结构材