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OghmaNano Simulation von organischen/Perowskit-Solarzellen, OFETs und OLEDs DOWNLOAD Quick Start guide

Lösungsalgorithmus für die Modenberechnung in Glasfasern (TE/TM)

In diesem Tutorial berechnen wir die in zylindrischen Lichtleitern, wie z. B. Glasfasern, vorhandenen, geführten optischen Moden mithilfe des OghmaNano-Programms zur Berechnung optischer Moden. Im Gegensatz zu planaren Lichtleitern begrenzen Glasfasern das Licht in zwei transversalen Dimensionen, wodurch vollständig zweidimensionale, geführte Eigenmoden entstehen. Das Tutorial zeigt, wie man beliebige optische Geometrien erstellt, das optische Netzwerk konfiguriert und die TE- und TM-Modenfeldverteilungen visualisiert.

1. Erstellung der Simulation für die Glasfaser

Click New simulation. This opens the library of available device categories, shown in ??. Double-click the Mode solver icon to open the optics examples folder. You’ll see a list of pre-set simulations, including 1D slab waveguides (TE/TM), 2D box guides, 2D slab guides, and a 2D fiber optic template, as shown in ??. For this tutorial, select 2D optical fiber mode solver (TE). When prompted, save the new simulation to a folder you have write access to.

💡 Tipp: Für eine optimale Leistung empfiehlt es sich, die Daten auf einem lokalen Laufwerk, z. B. C:\, zu speichern. Simulationen, die auf Netzwerk-, USB- oder Cloud-Ordnern (z. B. OneDrive) gespeichert sind, können aufgrund der hohen Lese- und Schreibaktivität langsamer ausgeführt werden.

OghmaNano New simulation window with categories including Organic solar cells, OFETs, Optical filter, Lasers, and Mode solver highlighted
Das neue Simulationsfenster zeigt die Bibliothek mit den Gerätegruppen und Beispielprojekten. Hier ist der Ordner „Modenlösungsalgorithmus“ hervorgehoben – doppelklicken Sie darauf, um Beispielsimulationen für die Optik von geführten Wellen zu öffnen.
OghmaNano Mode solver examples list showing options such as 1D Slab waveguide (TE/TM), 2D Box waveguide, 2D Fiber optic, and 2D Slab waveguide
Innerhalb der Kategorie „Mode Solver“ können Sie aus verschiedenen Vorlagen auswählen. Dazu gehören 1D-Plattenwellenleiter (TE oder TM), 2D-Kastenwellenleiter, 2D-Plattenwellenleiter und ein 2D-Beispiel für Glasfaser. Wenn Sie die Glasfaservorlage auswählen, wird eine zylindrische Wellenleiter-Simulation erstellt, die zur Analyse bereit ist.

2. Erstellung der Fasergeometrie

Klicken Sie auf „Neue Simulation“. Dadurch wird die Bibliothek der verfügbaren Gerätegruppen geöffnet, die in ?? dargestellt ist. Doppelklicken Sie auf das Symbol für den optischen Modenlöser, um den Ordner mit den Beispielen für die Optik zu öffnen. Sie sehen eine Liste vordefinierter Simulationen, darunter 1D-Plattenwellenleiter (TE/TM), 2D-Kastenwellenleiter, 2D-Plattenwellenleiter und eine 2D-Glasfaser-Vorlage, wie in ?? dargestellt. Wählen Sie für dieses Tutorial den 2D-optischen Glasfasermodenlöser (TE) aus. Wenn Sie dazu aufgefordert werden, speichern Sie die neue Simulation in einem Ordner, für den Sie Schreibrechte haben.

OghmaNano 3D view showing the geometry of an optical fiber with an inner core object inside an outer cladding object. The right-click menu on the inner core is open.
Geometrische Darstellung einer optischen Faser, die durch zwei ineinanderliegende Objekte definiert wird – einen inneren Kern und eine äußere Ummantelung. Obwohl sie als Kugeln dargestellt werden, arbeitet die Simulationssoftware in 2D, sodass dies einen Querschnitt durch die Faser darstellt. Wenn man mit der rechten Maustaste auf das Objekt des inneren Kerns klickt, wird das Bearbeitungsmenü geöffnet.
OghmaNano object editor window showing options to configure the selected object including material, shape, position, and orientation.
Das Fenster „Objekt-Editor“ für die ausgewählte Komponente. Hier können Sie das optische Material festlegen (z. B. aus der Materialdatenbank), die Form des Objekts anpassen und dessen Größe, Position und Ausrichtung konfigurieren. Objekte können auch interaktiv innerhalb der 3D-Ansicht verschoben werden.

Wenn sich das Hauptfenster der Simulation öffnet, sehen Sie eine Geometrieansicht, die der in ?? gezeigten ähnelt. In diesem Beispiel wurden zwei freiformige Objekte aus der Bibliothek der Formen ineinander platziert, um den Faserquerschnitt zu bilden. Sie können Objekte neu positionieren, indem Sie sie mit der linken Maustaste im Hauptfenster ziehen.

Wenn Sie mit der rechten Maustaste auf das innere Objekt klicken, wird ein Kontextmenü angezeigt (??). Durch Auswahl von „Bearbeiten“ wird der Objekt-Editor geöffnet (??), in dem Sie Eigenschaften wie Material, Brechungsindex, Abmessungen, Ausrichtung und Position ändern können. Mit diesem Editor können Sie die Geometrie präzise anpassen, bevor Sie die optische Modenlöser-Berechnung starten.

3. Ausführen der optischen Modusberechnung

Klicken Sie auf die Schaltfläche „Simulation starten“ (blaues Wiedergabesymbol), um die Berechnung zu starten. Im Vergleich zum eindimensionalen Plattenbeispiel wird dieser Schritt länger dauern, da mehrere zweidimensionale Modi vorhanden sein können, und jeder einzelne erfordert zusätzliche Rechenleistung.

Sobald die Berechnung abgeschlossen ist, gehen Sie zum Reiter „Ausgabe“ im Hauptfenster (??). Es wird ein neues Verzeichnis für die Momentaufnahmen angezeigt, das die berechneten Felddaten enthält. Doppelklicken Sie darauf, um es zu öffnen, und verwenden Sie dann die Schaltfläche „Hinzufügen“ (+), um E.csv zur Liste der Diagramme hinzuzufügen. Mit dem Schieberegler können Sie die verschiedenen optischen Modi durchlaufen, die der Solver gefunden hat. Das Fenster „Momentaufnahmen“ (??) zeigt die Verteilung des elektrischen Feldes für jeden Modus an. In diesem Faserbeispiel sind die Modenprofile leicht asymmetrisch, da der Kern nicht perfekt im Zentrum der Ummantelung liegt. Versuchen Sie, die Position, den Brechungsindex oder den Radius des Kerns anzupassen, um zu untersuchen, wie sich diese Änderungen auf die unterstützten Modi auswirken.

OghmaNano Output tab showing the snapshots directory after running the fiber simulation.
Der Reiter „Ausgabe“ wird angezeigt, nachdem Sie auf die Schaltfläche „Ausführen“ geklickt haben. Das Verzeichnis für die Momentaufnahmen wird erstellt und enthält die berechneten Felddaten.
OghmaNano snapshots window showing the 2D modal field profile of the fiber with an off-center core.
Das Fenster „Snapshots“ zeigt nach der Auswahl von „E.dat“ mit der Schaltfläche „Hinzufügen“ das zweidimensionale Modenfeldprofil der Faser an. Die Moden sind nicht perfekt symmetrisch, da der innere Kern leicht von der Mitte der äußeren Ummantelung abweicht. Sie können verschiedene Einstellungen vornehmen, indem Sie die Position des Kerns, den Brechungsindex oder die Größe verändern, um zu beobachten, wie sich die Modenprofile verändern.
OghmaNano main window showing the Optical ribbon with the Mode Calculator button highlighted.
Das optische Band in OghmaNano, wobei die Schaltfläche „Modenrechner“ hervorgehoben ist. Durch Klicken auf diese Schaltfläche wird das Konfigurationsfenster für die optische Modenberechnung geöffnet.
OghmaNano Mode Calculator editor window with the TE/TM selection dropdown highlighted.
Im Editorfenster des Modenrechners können Sie die Parameter für den Solver konfigurieren. Das hervorgehobene Dropdown-Menü ermöglicht die Auswahl zwischen den transversalen elektrischen (TE-) und transversalen magnetischen (TM-) Moden.

4. Konfiguration des optischen Netzwerks und der Eigenmodensuche

Bevor Sie die Berechnung starten, können Sie die optische Netzstruktur und die Solver-Einstellungen optimieren. Über das Menüband „Optisch“ gelangen Sie zum Editor für die optische Netzstruktur (??), in dem Sie die Gitterauflösung sowohl in X- als auch in Y-Richtung festlegen. Eine ausreichend feine Netzstruktur ist unerlässlich, um ausgeprägte Feldveränderungen, insbesondere in der Nähe von Bereichen mit hohem Brechungsindexunterschied oder kleinen Strukturen, genau zu erfassen.

Wenn Sie auf die Schaltfläche „Modenrechner“ klicken, wird das Konfigurationsfenster für die Berechnung geöffnet (??). Hier können Sie die maximale Anzahl der Iterationen, die numerische Toleranz und die Anzahl der zu berechnenden Eigenmoden in den X- und Y-Richtungen festlegen. Mit dem TE/TM-Auswahlschalter können Sie zwischen transversalen elektrischen und transversalen magnetischen Berechnungen wechseln. Dies ist nützlich, um zu vergleichen, wie sich die Polarisation auf die geführten Moden auswirkt.