🎯 Obiettivi di apprendimento🎯 Obiettivi di apprendimento

In OghmaNano, crea una guida d’onda planare monodimensionale e calcola le modalità TE/TM.In OghmaNano, crea una guida d’onda planare monodimensionale e calcola le modalità TE/TM.
Analizzare i profili modali fondamentali e di ordine superiore sull’intera gamma di lunghezze d’onda.Analizzare i profili modali fondamentali e di ordine superiore sull’intera gamma di lunghezze d’onda.
Configura le impostazioni per la risoluzione in modalità 2D: selezione dell’asse, densità della griglia, campionamento della lunghezza d’onda.Configura le impostazioni per la risoluzione in modalità 2D: selezione dell’asse, densità della griglia, campionamento della lunghezza d’onda.
Utilizzate le impostazioni di ricerca delle autofrequenze (indici X/Y) per individuare modalità specifiche.Utilizzate le impostazioni di ricerca delle autofrequenze (indici X/Y) per individuare modalità specifiche.
Individuare le discontinuità dell’interfaccia nei modelli di trasferimento di massa e i fenomeni di dispersione/effetto anti-guida a lunghezze d’onda elevate.Individuare le discontinuità dell’interfaccia nei modelli di trasferimento di massa e i fenomeni di dispersione/effetto anti-guida a lunghezze d’onda elevate.

📦 Requisiti preliminari📦 Requisiti preliminari

OghmaNano è stato installato e funziona correttamente.OghmaNano è stato installato e funziona correttamente.
Conoscenza di base dell’indice di rifrazione e delle modalità di propagazione guidata.Conoscenza di base dell’indice di rifrazione e delle modalità di propagazione guidata.

⏱ Tempo stimato⏱ Tempo stimato

Parte A (1D TE/TM): 10–15 minutiParte A (1D TE/TM): 10–15 minuti
Parte B (modalità 2D): 10–15 minutiParte B (modalità 2D): 10–15 minuti
Parte C (modi complessi bidimensionali): 10–15 minutiParte C (modi complessi bidimensionali): 10–15 minuti

Solutore per le modalità di propagazione della luce in fibra ottica (TE/TM)Solutore per le modalità di propagazione della luce in fibra ottica (TE/TM)

In questo tutorial, calcoleremo le modalità ottiche guidate supportate da guide d’onda cilindriche, come le fibre ottiche, utilizzando il risolutore di modalità ottiche OghmaNano. A differenza delle guide d’onda a lastra, le fibre ottiche confinano la luce in due dimensioni trasversali, generando modalità proprie guidate completamente bidimensionali. Il tutorial illustra come creare geometrie ottiche di forma libera, configurare la griglia ottica e visualizzare le distribuzioni dei campi modali TE e TM.In questo tutorial, calcoleremo le modalità ottiche guidate supportate da guide d’onda cilindriche, come le fibre ottiche, utilizzando il risolutore di modalità ottiche OghmaNano. A differenza delle guide d’onda a lastra, le fibre ottiche confinano la luce in due dimensioni trasversali, generando modalità proprie guidate completamente bidimensionali. Il tutorial illustra come creare geometrie ottiche di forma libera, configurare la griglia ottica e visualizzare le distribuzioni dei campi modali TE e TM.

1. Creazione della simulazione della fibra ottica1. Creazione della simulazione della fibra ottica

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.

💡 Suggerimento: per ottenere le migliori prestazioni, salvare i dati su un disco locale, ad esempio C:\. Le simulazioni salvate su unità di rete, dispositivi USB o cartelle nel cloud (ad esempio, OneDrive) potrebbero essere eseguite più lentamente a causa dell’elevato numero di operazioni di lettura/scrittura.💡 Suggerimento: per ottenere le migliori prestazioni, salvare i dati su un disco locale, ad esempio C:\. Le simulazioni salvate su unità di rete, dispositivi USB o cartelle nel cloud (ad esempio, OneDrive) potrebbero essere eseguite più lentamente a causa dell’elevato numero di operazioni di lettura/scrittura.

OghmaNano New simulation window with categories including Organic solar cells, OFETs, Optical filter, Lasers, and Mode solver highlighted — La nuova finestra di simulazione mostra la libreria delle categorie di dispositivi e i progetti di esempio. In questa schermata, la cartella «Mode solver» è evidenziata: fatevi doppio clic per aprire le simulazioni di esempio relative all’ottica a guida d’onda.La nuova finestra di simulazione mostra la libreria delle categorie di dispositivi e i progetti di esempio. In questa schermata, la cartella «Mode solver» è evidenziata: fatevi doppio clic per aprire le simulazioni di esempio relative all’ottica a guida d’onda.

OghmaNano Mode solver examples list showing options such as 1D Slab waveguide (TE/TM), 2D Box waveguide, 2D Fiber optic, and 2D Slab waveguide — All’interno della categoria «Risolutore di modi», è possibile scegliere tra diversi modelli. Questi includono guide a lastra 1D (TE o TM), guide a scatola 2D, guide a lastra 2D e un esempio di fibra ottica 2D. Selezionando il modello di fibra ottica, si crea una simulazione di guida d’onda cilindrica pronta per l’analisi.All’interno della categoria «Risolutore di modi», è possibile scegliere tra diversi modelli. Questi includono guide a lastra 1D (TE o TM), guide a scatola 2D, guide a lastra 2D e un esempio di fibra ottica 2D. Selezionando il modello di fibra ottica, si crea una simulazione di guida d’onda cilindrica pronta per l’analisi.

2. Definizione della geometria delle fibre2. Definizione della geometria delle fibre

Fare clic su «Nuova simulazione». Si aprirà la libreria delle categorie di dispositivi disponibili, come mostrato in ??. Fare doppio clic sull’icona del risolutore di modalità ottiche per aprire la cartella degli esempi di ottica. Verrà visualizzato un elenco di simulazioni predefinite, tra cui guide d’onda a lastra 1D (TE/TM), guide a onda a forma di scatola 2D, guide a onda a lastra 2D e un modello di fibra ottica 2D, come mostrato in ??. Per questo tutorial, selezionare il risolutore di modalità di fibra ottica 2D (TE). Quando richiesto, salvare la nuova simulazione in una cartella a cui si ha accesso in scrittura.Fare clic su «Nuova simulazione». Si aprirà la libreria delle categorie di dispositivi disponibili, come mostrato in ??. Fare doppio clic sull’icona del risolutore di modalità ottiche per aprire la cartella degli esempi di ottica. Verrà visualizzato un elenco di simulazioni predefinite, tra cui guide d’onda a lastra 1D (TE/TM), guide a onda a forma di scatola 2D, guide a onda a lastra 2D e un modello di fibra ottica 2D, come mostrato in ??. Per questo tutorial, selezionare il risolutore di modalità di fibra ottica 2D (TE). Quando richiesto, salvare la nuova simulazione in una cartella a cui si ha accesso in scrittura.

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. — Rappresentazione geometrica di una fibra ottica, definita da due oggetti concentrici: un nucleo interno e un rivestimento esterno. Sebbene siano rappresentati come sfere, il risolutore opera in 2D, quindi questa immagine rappresenta una sezione trasversale della fibra. Cliccando con il pulsante destro del mouse sull’oggetto che rappresenta il nucleo interno, si apre il menu di modifica.Rappresentazione geometrica di una fibra ottica, definita da due oggetti concentrici: un nucleo interno e un rivestimento esterno. Sebbene siano rappresentati come sfere, il risolutore opera in 2D, quindi questa immagine rappresenta una sezione trasversale della fibra. Cliccando con il pulsante destro del mouse sull’oggetto che rappresenta il nucleo interno, si apre il menu di modifica.

OghmaNano object editor window showing options to configure the selected object including material, shape, position, and orientation. — La finestra dell’editor di oggetti per il nucleo selezionato. Qui è possibile impostare il materiale ottico (ad esempio, scegliendolo dal database dei materiali), modificare la forma dell’oggetto e configurarne le dimensioni, la posizione e l’orientamento. È inoltre possibile spostare interattivamente gli oggetti all’interno della vista 3D.La finestra dell’editor di oggetti per il nucleo selezionato. Qui è possibile impostare il materiale ottico (ad esempio, scegliendolo dal database dei materiali), modificare la forma dell’oggetto e configurarne le dimensioni, la posizione e l’orientamento. È inoltre possibile spostare interattivamente gli oggetti all’interno della vista 3D.

Quando si apre la finestra principale della simulazione, si visualizzerà una rappresentazione grafica simile a ??. In questo esempio, due oggetti di forma libera, prelevati dalla libreria di forme, sono stati posizionati uno dentro l’altro per creare la sezione trasversale della fibra. È possibile riposizionare gli oggetti trascinandoli nella finestra principale con il pulsante sinistro del mouse.Quando si apre la finestra principale della simulazione, si visualizzerà una rappresentazione grafica simile a ??. In questo esempio, due oggetti di forma libera, prelevati dalla libreria di forme, sono stati posizionati uno dentro l’altro per creare la sezione trasversale della fibra. È possibile riposizionare gli oggetti trascinandoli nella finestra principale con il pulsante sinistro del mouse.

Se si fa clic con il pulsante destro del mouse sull’oggetto interno, viene visualizzato un menu contestuale (??). Selezionando l’opzione Modifica, si apre l’editor dell’oggetto (??), dove è possibile modificare le proprietà, come il materiale, l’indice di rifrazione, le dimensioni, l’orientamento e la posizione. Questo editor consente di ottimizzare la geometria prima di eseguire il risolutore della modalità ottica.Se si fa clic con il pulsante destro del mouse sull’oggetto interno, viene visualizzato un menu contestuale (??). Selezionando l’opzione Modifica, si apre l’editor dell’oggetto (??), dove è possibile modificare le proprietà, come il materiale, l’indice di rifrazione, le dimensioni, l’orientamento e la posizione. Questo editor consente di ottimizzare la geometria prima di eseguire il risolutore della modalità ottica.

3. Esecuzione della procedura di risoluzione in modalità ottica.3. Esecuzione della procedura di risoluzione in modalità ottica.

Fare clic sul pulsante «Avvia simulazione» (icona blu a forma di freccia di riproduzione) per iniziare il calcolo. Rispetto all’esempio della lastra monodimensionale, questa operazione richiederà più tempo, poiché potrebbero esistere più modalità bidimensionali, e ciascuna di esse richiede ulteriori calcoli.Fare clic sul pulsante «Avvia simulazione» (icona blu a forma di freccia di riproduzione) per iniziare il calcolo. Rispetto all’esempio della lastra monodimensionale, questa operazione richiederà più tempo, poiché potrebbero esistere più modalità bidimensionali, e ciascuna di esse richiede ulteriori calcoli.

Una volta completata la simulazione, accedere alla scheda «Output» della finestra principale (??). Verrà visualizzata una nuova cartella contenente i dati calcolati. Fare doppio clic per aprirla, quindi utilizzare il pulsante «Aggiungi» (+) per caricare E.csv nell’elenco dei grafici. Con la barra di scorrimento, è possibile visualizzare le diverse modalità ottiche individuate dal risolutore. La finestra «Snapshot» (??) mostra la distribuzione del campo elettrico per ciascuna modalità. In questo esempio di fibra ottica, i profili modali sono leggermente asimmetrici perché il nucleo non è perfettamente centrato all’interno del rivestimento. Provare a modificare la posizione, l’indice di rifrazione o il raggio del nucleo per verificare come queste modifiche influiscono sulle modalità supportate.Una volta completata la simulazione, accedere alla scheda «Output» della finestra principale (??). Verrà visualizzata una nuova cartella contenente i dati calcolati. Fare doppio clic per aprirla, quindi utilizzare il pulsante «Aggiungi» (+) per caricare E.csv nell’elenco dei grafici. Con la barra di scorrimento, è possibile visualizzare le diverse modalità ottiche individuate dal risolutore. La finestra «Snapshot» (??) mostra la distribuzione del campo elettrico per ciascuna modalità. In questo esempio di fibra ottica, i profili modali sono leggermente asimmetrici perché il nucleo non è perfettamente centrato all’interno del rivestimento. Provare a modificare la posizione, l’indice di rifrazione o il raggio del nucleo per verificare come queste modifiche influiscono sulle modalità supportate.

OghmaNano Output tab showing the snapshots directory after running the fiber simulation. — La scheda «Output» visualizzata dopo aver fatto clic sul pulsante «Esegui». Viene creata la directory «Snapshot», che contiene i dati calcolati.La scheda «Output» visualizzata dopo aver fatto clic sul pulsante «Esegui». Viene creata la directory «Snapshot», che contiene i dati calcolati.

Nella finestra «Snapshots», dopo aver selezionato il file «E.dat» tramite il pulsante «Aggiungi», viene visualizzato il profilo del campo modale bidimensionale della fibra. Le modalità non sono perfettamente simmetriche perché il nucleo interno è leggermente decentrato rispetto al centro del rivestimento esterno. È possibile effettuare delle prove modificando la posizione del nucleo, l’indice di rifrazione o le dimensioni, per osservare come cambiano i profili modali.Nella finestra «Snapshots», dopo aver selezionato il file «E.dat» tramite il pulsante «Aggiungi», viene visualizzato il profilo del campo modale bidimensionale della fibra. Le modalità non sono perfettamente simmetriche perché il nucleo interno è leggermente decentrato rispetto al centro del rivestimento esterno. È possibile effettuare delle prove modificando la posizione del nucleo, l’indice di rifrazione o le dimensioni, per osservare come cambiano i profili modali.

OghmaNano main window showing the Optical ribbon with the Mode Calculator button highlighted. — La barra degli strumenti ottici in OghmaNano, con il pulsante «Calcolatore di modalità» evidenziato. Cliccando su questo pulsante si apre la finestra di configurazione del risolutore di modalità ottiche.La barra degli strumenti ottici in OghmaNano, con il pulsante «Calcolatore di modalità» evidenziato. Cliccando su questo pulsante si apre la finestra di configurazione del risolutore di modalità ottiche.

OghmaNano Mode Calculator editor window with the TE/TM selection dropdown highlighted. — La finestra dell’editor del Calcolatore delle Mode, in cui è possibile configurare i parametri del risolutore. Il menu a tendina evidenziato consente di selezionare tra le mode trasversali elettriche (TE) e le mode trasversali magnetiche (TM).La finestra dell’editor del Calcolatore delle Mode, in cui è possibile configurare i parametri del risolutore. Il menu a tendina evidenziato consente di selezionare tra le mode trasversali elettriche (TE) e le mode trasversali magnetiche (TM).

4. Configurazione della rete ottica e ricerca delle autofrequenze.4. Configurazione della rete ottica e ricerca delle autofrequenze.

Prima di eseguire il calcolo, è possibile ottimizzare le impostazioni della griglia ottica e del risolutore. La scheda Ottica consente di accedere all’editor della griglia ottica (??), dove è possibile definire la risoluzione della griglia nelle direzioni X e Y. Una griglia sufficientemente fine è essenziale per rilevare variazioni marcate del campo, in particolare in prossimità di contrasti elevati o di strutture di piccole dimensioni.Prima di eseguire il calcolo, è possibile ottimizzare le impostazioni della griglia ottica e del risolutore. La scheda Ottica consente di accedere all’editor della griglia ottica (??), dove è possibile definire la risoluzione della griglia nelle direzioni X e Y. Una griglia sufficientemente fine è essenziale per rilevare variazioni marcate del campo, in particolare in prossimità di contrasti elevati o di strutture di piccole dimensioni.

Facendo clic sul pulsante «Calcolatore modalità», si apre la finestra di configurazione del risolutore (??). Qui è possibile impostare il numero massimo di iterazioni, la tolleranza numerica e il numero di modalità proprie da ricercare nelle direzioni X e Y. Il selettore TE/TM consente di passare dalla modalità di calcolo «elettrica trasversale» a quella «magnetica trasversale», il che è utile per confrontare come la polarizzazione influisce sulle modalità guidate.Facendo clic sul pulsante «Calcolatore modalità», si apre la finestra di configurazione del risolutore (??). Qui è possibile impostare il numero massimo di iterazioni, la tolleranza numerica e il numero di modalità proprie da ricercare nelle direzioni X e Y. Il selettore TE/TM consente di passare dalla modalità di calcolo «elettrica trasversale» a quella «magnetica trasversale», il che è utile per confrontare come la polarizzazione influisce sulle modalità guidate.