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Antoniades等人提出了一种新型负折射率（NRI）的共面波导（CPW）传输线（TL），它可以用在传统传输线后进行相位补偿，使得设计频率经过所有传输线传播后实现正、负或零相移。其负折射率超材料部分由集总元件电容器和电感器组成，集总元件值的微小变化能在不改变总长度的情况下，改变传输线的相位特性。因此，其优点是体积小、结构简单、易于制作平面微波电路，在设计频率附近表现出线性相位响应。本案例参考了Antoniades等人的论文，建模仿真了工作频率的零相移NRI-TL。
同轴馈电矩形贴片天线是最基本的微带天线，由介质基板、接地板、导体薄片组成。相比于传统天线，同轴馈电矩形贴片天线不仅体积小，重量轻而且易集成，成本低，适合批量生产。本案例使用FDTD仿真了一个安装在无限金属地平面上的矩形贴片天线，计算了它的回波损耗和远场方向性。
默认情况下，模式光源计算指定频率范围中心频率的模式，然后在所有频率注入该模式，这种方法在单频和窄带仿真中非常有效。但在宽带仿真中，不同频率下计算的模场不同，只采用中心频率的模场注入产生的模式失配误差会随着频率范围的增加而增大。本文将以在宽带太赫兹范围内工作的带有薄介电涂层的铜线为例，演示模式源的多频解模功能。
在2007年，Kaliteevski等人在金属和布拉格光栅之间成功激发塔姆等离激元。塔姆等离激元的色散曲线位于光锥内，可以直接被激发，同时，其对光的入射角度没有要求并且TE或者TM偏振光都可以激发。这些特性使得其在表面光增强、非线性光学以及激光等领域有着广阔的发展潜力，本案例将仿真研究该过程。
阵列波导光栅是密集波分复用系统中的关键器件，随着大规模光子集成器件的发展，阵列波导光栅的小型化设计成为了重要的课题。本案使用 SimWorks光学有限差分解决方案的 2.5D-FDTD 求解器例建模仿真了一个马鞍型硅纳米线阵列波导光栅，并计算了其输出的频谱响应与损耗。
木堆晶格（woodpile Lattice）光子晶体一般由一堆交替垂直排列的长方体介质组成。本案例结合现有文献，构建木堆晶格光子晶体模型，使用FDTD求解器探究此光子晶体的能带结构。
硅基双直波导微环谐振腔中特殊的微环结构使得满足其谐振条件的光波在微环内干涉叠加，产生谐振，具有波长选择的功能。因此微环谐振腔被广泛应用于多个领域。其中典型的双直波导光学环腔结构由两个平行的直波导以及波导之间的微环组成，结构模型如图所示。本案例简要介绍使用FDTD求解器仿真微环谐振的操作流程及注意事项。
光栅耦合器已成为硅基集成光路中至关重要的耦合器件，但如何解决光纤与光波导的耦合问题已成为一个重要研究课题。本案例中偏振分束的光栅耦合器能够同时实现偏振分束和光的高效耦合两大功能，它采用垂直光栅耦合的方式，可以直接集成在绝缘体上硅（SOI）平台上，是该问题的最佳解决方案之一。
硅光集成的一个重要问题是集成波导器件与光纤或自由空间光学器件之间的接口问题，光栅耦合器凭借其易制作、灵活度高、对准容差大等优点，成为解决芯片与光纤之间耦合难题的最主要的解决方案。本案例建模仿真了一个聚焦光栅，并研究了它的耦合损耗。
米氏散射是一种粒子尺度接近或大于入射光波长时发生的散射效应。本案例使用SimWorks光学有限差分解决方案建模仿真计算了一个由总场散射场光源激发的纳米粒子，并使用内置的封闭盒外的远场Far field from a closed box分析组计算了该粒子的远场散射分布。
线栅偏振器(Wire Grid Polarizer，WGP)，是一类由亚波长周期的金属（如金、银、铝等）光栅组成的偏振器。WGP因其结构紧凑、光亮度高、偏振消光比（Polatization Extinction Ratio，PER）高、视场宽、易集成化等优点，在光开关、光学显示和成像系统等领域具有广阔的应用前景。
基于光波导的光学微腔具有较高的品质因子，并可以应用于光学滤波器、激光器和调制器等多个领域。本案例使用FDTD分析基于光波导的一维布拉格光栅谐振微腔的共振频谱，并计算共振频率和品质因子Q。模型中的布拉格光栅由齿状周期结构和分布在结构中间的6个平行空气平板构成，通过加宽中心结构的尺寸来引入缺陷，使光在布拉格结构的阻带内发生透射共振。
石墨烯材料从发现至今，因其优异的电学、热学、力学性能，引起了科学研究者的广泛关注。石墨烯的化学势可以通过施加电压或者化学掺杂等方式进行调节，这使其得在物质与光相互作用领域有着极大的应用范围，尤其是表面等离子体（surface plasmons）。表面等离子体 (surface plasmons) 是一种电磁表面波，其场的能量大部分集中在介质表面，而在垂直界面方向上呈指数衰减。石墨烯材料通过激发表面等离子体的方式，将大大增强其与光相互作用的能力。
单模光纤相对于多模光纤纤芯更细，在工作波长范围内仅允许单个模式传输，这种设计为其提供了优异的传输性能和可靠性。单模光纤广泛应用于通信领域，包括长距离光纤通信、数据中心互连、无线基站回传、CATV、光纤传感等。本案例将以康宁® SMF-28单模光纤为例展示简单的模式计算。
人眼对特定的光谱产生特定的色觉。反射型滤色器，通过选择性的调控反射光谱使人眼获得不同的色觉。参考Yang等人的工作，建模仿真了//非对称法布里-珀罗（Fabry–Perot，FP）腔的反射型滤色器。其中层在太阳光谱范围具有接近完美的吸收（Near-perfect Absorption）效应；选择合适的层厚度，以阻挡透射；而调整中间层的厚度，反射光谱将在人眼中产生丰富的高饱和度、高亮度的色觉。本案例展示了如何计算反射光谱对应的色度坐标，并分析了该滤色器的显色调节规律。
负折射率材料（NIM）是一种人造光学结构，它的折射率对于一定频率范围内的电磁波是负值。本文以J.Zhou论文中超材料结构进行仿真说明。
入射光可与金属纳米结构表面电子相互作用形成表面等离激元共振(SPR)，SPR具有突破衍射极限和局域场增强等独特的光学特性。本案例通过构建空气孔阵列金属薄膜结构模型，使用FDTD计算薄膜的透射和反射光谱，分析薄膜表面的近场分布和SPR引起的局域场增强。
石墨烯是厚度为一个原子的单层碳材料，由于其独特的物理特性，可以被应用于纳米级等离子体系统。通过调整静电掺杂或费米能级来激发单层石墨烯的等离子波，从而实现对光的操纵和控制。
Chu等人研究了一种基于单层和多层掺杂的石墨烯可调谐的太赫兹超材料。他们发现石墨烯层数和费米能级的轻微变化，可以使共振波长和调制强度发生显著改变。本案例将仿真该调谐过程。
回音壁模式微盘是利用光的全反射，将光限制在微盘内，实现光增强的结构。简单来说，光在高折射率的介质腔内传播时，由于介质腔与外界的折射率差，光线将会在介质边缘处发生全反射。当光绕介质边缘传播一周回到原来的位置时，满足相位匹配条件的光将得到增强。回音壁模式微盘具有很高的品质因子和很小的模式体积，因而在光学探测、非线性光学、腔光力学以及量子光学等诸多方面有重要应用，是当前光学研究的一个前沿和热门领域。本案例中，我们希望找到氮化镓圆柱体的一阶和二阶回音壁模式，重现Tamboli 等人在Room-temperature continuous-wave lasing in GaN/InGaN microdisks 论文中的结果。
“超材料（Metamaterial）”是一种自然界没有的，具有特殊性质的人造材料。这种材料可以调控电磁波的频率、幅度、相位和极化等基本的物理特征。太赫兹超材料是针对频率在太赫兹范围内的电磁波进行调控的超材料。本案例对Chen等人的论文Active teraherz metamaterial devices 中的无源超材料进行仿真，分析该超材料的表面电流密度。
有机太阳能电池（Organic solar cells, OSCs）由于人们对清洁能源的需求和重量轻、机械柔性、制造成本低等优点，逐渐成为太阳能电池领域的研究热点。如何提高其转换效率，是目前亟待解决的问题。较常用的一种方法是在OSCs光活性层中增加微纳米陷光结构来提高光吸收，从而达到提高转换效率的目的。其中在OSCs的光活性层使用光子晶体结构，可以增强太阳能电池对特定波段的光吸收。本案例使用FDTD仿真分析具有2D六角晶格光子晶体结构的有机太阳能电池的光吸收。
黑体是一个理想化的物体，它能够吸收外来的全部电磁辐射，并且不会有任何的反射和透射。随着温度的上升，黑体所辐射出来的电磁波被称为黑体辐射。实际中的物体对外来的电磁辐射并不能完全吸收，因此它们也被称为“灰体”。“灰体”的热辐射光谱可以通过改变其几何形状或材料来改变。修改或定制物体热辐射曲线的能力在应用物理学和工程学的许多领域都非常重要。人们注意到，在亚波长尺度上对由金属和介电材料组成的器件进行周期性设计可以改变该器件的热辐射性质。本案例根据Chan 等人的工作，研究了一个由金属钨和折射率为的介电材料组成的器件周期性排列得到的光子晶体的热辐射现象。
“超材料(Metamaterial)”是一种特殊的人造材料，它们可以呈现出天然材料所不具备的超常物理性质，例如调控电磁波的频率、幅度、相位等。超材料的奇异特性使它具有广泛的应用前景，比如基于超材料设计的完美吸收器可以用作光电探测器，微辐射热计和热成像等。本案例根据等人的工作，建模仿真了Metal-Insulator-Metal（MIM）的等离子体超材料红外吸收器，研究其在可见光到近红外波段的反射透射吸收特性。
根据IEEE的定义，方向性（directivity，旧称directive gain）是指定方向辐射功率与所有方向辐射功率平均值的比值。方向性，是由远场的进一步分析得到，是描述远场辐射特性的重要参数之一。使用本软件的FDTD求解器，对远场进一步分析、计算，就得到了Directivity方向性分析组。
品质因子Q值的定义为中心谐振波长与谐振峰半高全宽的比值，Q值越高，表明器件对波长的选择性越好，输出峰值越陡峭，器件的灵敏度越高。一般在高Q值谐振腔的仿真中，得到的场幅值是不准确的。原因是高Q值谐振腔的损耗速度慢，若仿真时间不够长时，腔内的场在仿真结束时仍未衰减为0。此时需要对腔内模式场的幅值进行校正才能得到模式最终在腔内的实际幅值。本案例构建了光子晶体谐振腔结构，展示如何在高Q值谐振腔仿真时间不够时校正场的幅值。
对于在传播方向上结构不变或者具有周期性的结构，我们可以使用FDE求解器解模。但是对于复杂材料组成的结构，如各向异性材料或非线性材料，我们使用FDTD求解器对其色散特性和能带结构进行求解。本案例构建了在传播轴向具有周期性结构的光波导模型，分别分析了由各向同性材料和对角各向异性材料组成的波导结构的能带。
体心立方晶格（Body Center Cubic Lattice, BCC）和面心立方晶格（Face Center Cubic Lattice, FCC）是3D光子晶体结构的两种常见的类型。本案例构建了体心立方晶格和面心立方晶格光子晶体模型，使用FDTD求解器分析其能带结构。
3D立方晶格（3D Cubic Lattice）是3D Rectangular Lattice中的一种特例，此类型光子晶体的晶格间距在空间内三个轴向均相等。本案例构建了3D立方晶格光子晶体几何模型，使用FDTD求解器进行仿真计算，分析介质球3D立方晶格光子晶体的能带结构。
在2D光子晶体中，不同的晶格类型拥有完全不同的能带结构。对不同晶格类型的模型使用FDTD求解器进行仿真时，基础设置也不相同。本案例构建了平行排列的空气圆柱形成的2D三角晶格光子晶体的模型，并计算了其能带结构，据此介绍了在对非矩形晶格光子晶体进行FDTD仿真时的一些特殊设置及注意事项。
光子晶体（Photonics Crystal，PC）是一种介电常数周期性变化的电介质结构，可以阻止特定频率的光在PC中传播，形成光子带隙。本案例构建2D正方晶格PC模型，使用FDTD分析其能带结构。通过本案例详细介绍了使用本软件在对PC能带结构进行FDTD仿真计算时的一些特殊设置及注意事项。
在非线性光学中，光与介质相互作用产生了非线性极化。二阶非线性效应在光学倍频、混频、调制等领域应用广泛，在激光器、频率转换等器件当中扮演着重要作用。本案例将利用二阶非线性材料仿真二次谐波的产生。
多模干涉(Multimode Interference, MMI)耦合器由输入波导、输出波导和多模干涉区三个部分构成。光场经由输入波导注入到多模干涉区后，多个模式间相长性干涉产生自镜像效应(self-imaging effect)，沿导波的传播方向将周期性地产生输入场的一个或多个像。通过这个效应，该器件可以实现光的波分复用/解复用(Wavelength Division Multiplexing)、功率分配 (Power Division)、偏振分束(Polarizing Splitter)等功能。
布拉格光栅是一种结构的有效折射率存在周期性变化的光学器件。波导布拉格光栅可以近似一种一维光子晶体结构，通过周期性折射率调制，实现对波长的选择。通常利用这种特性将其制作成各种光学滤波片等。在本案例中，根据wang等人的工作可以探究在硅波导布拉格光栅当中，侧壁条纹的几何参数（如深度或者错位）对布拉格光栅性能的影响。
Y分束器是集成光子器件中一种非常重要的单元器件，它有非常广泛的应用，如波导干涉仪、调制器、光开光、光分束器等。以Y分束器为基本单元所构成的光功率分束器是集成光子系统中不可替代的器件，它可将光功率按预定的比例分配给两个或两个以上的输出设备。从结构上划分，Y分束器可以分为对称型和非对称型，本案例中使用FDTD仿真一个对称型Y分束器的插入损耗、传输功率以及S参数。
太阳能是清洁能源，因此太阳能的光电应用是近年来最具活力的研究领域之一。太阳能电池就是将太阳能转换为电能的器件，即太阳光照射到具有光伏效应的半导体材料时，产生电子-空穴对（光生载流子），在电池的两端引出电极就能产生电流。本案例中，我们使用FDTD模拟太阳光（）照射到平板硅基太阳能电池后的能量吸收，从而计算光子的生成率及对应的光电流。
近年来，人们对光子晶体的异常色散的研究越来越感兴趣，通过适当的选择光子晶体的色散特性，可以实现例如超透镜、自准直、负折射等效应。其中自准直效应是指入射光沿晶体的某一特定方向传播时几乎没有衍射达到准直出射的效果。在二维光子晶体中，线缺陷会导致自准直光束的弯曲和分裂。在本案例中，我们通过改变光子晶体中的线缺陷（介质棒的半径）来实现“光学开关”的作用。
布拉格光纤是一种空芯光纤。这种光纤可以将光限制在空气纤芯中传播，从而避免了由于材料本征限制（吸收、色散、非线性、低损伤阈值等）而带来的问题，因此受到研究人员的广泛关注。本软件的FDE求解器可用于精确计算任意复杂结构的模式，包括光子晶体布拉格光纤。在本例中，我们使用FDE求解器计算了Vienne等人提出的光子晶体布拉格光纤的模式，并与Uranus等人对该光纤的分析结果对比。
