🎯 学習目標

OghmaNano で 1D スラブ導波路をセットアップし、TE/TM モードを計算する。
波長にわたる基本モードおよび高次モードのプロファイルを解釈する。
2D モード計算を構成する：軸選択、メッシュ密度、波長サンプリング。
特定のモードを対象にするために、固有モード探索設定（X/Y インデックス）を使用する。
TM における界面不連続、および長波長での漏洩/反導波を認識する。

📦 前提条件

OghmaNano がインストールされ、動作していること。
屈折率と導波モードに関する基礎知識。

⏱ 推定時間

パート A（1D TE/TM）：10–15 分
パート B（2D モード）：10–15 分
パート C（2D 複雑モード）：10–15 分

スラブ導波路モードソルバー

このチュートリアルでは、光ファイバのような 円筒形導波路 が支持する光学モードを計算します。スラブのチュートリアルとは異なり、この例ではエピタキシーエディタで定義された層構造ではなく、free objects を使用します。サンプルのオブジェクトを shape library の項目に置き換えることで、事実上あらゆる形状が支持するモードを調べることができます。このソルバーは二次元であることに注意してください。つまり、3D オブジェクトの断面スライスを取り、その平面内の導波モードを計算します。

ステップ 2：新しいシミュレーションを作成する

New simulation をクリックします。これにより、利用可能なデバイスカテゴリのライブラリが開きます。これは ?? に示されています。 Mode solver アイコンをダブルクリックして、光学サンプルフォルダを開きます。 1D slab waveguides (TE/TM)、 2D box guides、2D slab guides、および 2D fiber optic テンプレートを含む、事前設定済みのシミュレーション一覧が表示されます。これは ?? に示されています。このチュートリアルでは、2D Fiber optic (TE) を選択します。プロンプトが表示されたら、書き込み権限のあるフォルダに新しいシミュレーションを保存します。

💡 ヒント： 最良の性能を得るには、 C:\ のようなローカルドライブに保存してください。ネットワーク、USB、またはクラウドフォルダ（例：OneDrive）に保存されたシミュレーションは、頻繁な読み書きのために低速になることがあります。

Organic solar cells、OFETs、Optical filter、Lasers を含むカテゴリが表示された OghmaNano の New simulation ウィンドウで、Mode solver が強調表示されている — デバイスカテゴリとサンプルプロジェクトのライブラリを表示する *New simulation* ウィンドウ。ここでは **Mode solver** フォルダが強調表示されています。ダブルクリックすると導波光学のサンプルシミュレーションが開きます。

1D Slab waveguide (TE/TM)、2D Box waveguide、2D Fiber optic、および 2D Slab waveguide などのオプションを表示する OghmaNano の Mode solver サンプル一覧 — **Mode solver** カテゴリ内では、いくつかのテンプレートから選択できます。これには 1D スラブ導波路（TE または TM）、2D ボックス導波路、2D スラブ導波路、および **2D fiber optic** サンプルが含まれます。ファイバテンプレートを選択すると、解析可能な円筒形導波路シミュレーションが作成されます。

ステップ 2：新しいシミュレーションを作成する

外側のクラッドオブジェクトの内側に内側コアオブジェクトを持つ光ファイバの形状を示す OghmaNano 3D ビュー。内側コア上で右クリックメニューが開いている。 — 2 つの入れ子オブジェクト、すなわち内側コアと外側クラッドによって定義された光ファイバの形状ビュー。球として表示されていますが、ソルバーは 2D で動作するため、これはファイバ断面のスライスを表しています。内側コアオブジェクトを右クリックすると、**Edit** メニューが表示されます。

材料、形状、位置、および方位を含む、選択したオブジェクトを構成するオプションを表示する OghmaNano オブジェクトエディタウィンドウ。 — 選択されたコアの **Object Editor** ウィンドウ。ここでは光学材料（例：材料データベースから）、オブジェクト形状を設定し、そのサイズ、位置、および方位を構成できます。オブジェクトは 3D ビュー内で対話的にドラッグすることもできます。

メインシミュレーションウィンドウが開くと、 ?? に類似した形状ビューが表示されます。この例では、shape library からの 2 つの自由形状オブジェクトが互いに内側へ配置され、ファイバ断面を形成しています。オブジェクトは、メインウィンドウ内で左マウスボタンを使ってドラッグすることで再配置できます。

内側のオブジェクトを右クリックすると、コンテキストメニューが表示されます（??）。 Edit を選択すると Object editor が開きます（??）。ここでは、材料、屈折率、寸法、方位、および位置などの特性を変更できます。このエディタにより、モードソルバーを実行する前に形状を微調整できます。

ステップ 3：シミュレーションの実行

Run simulation ボタン（青い再生アイコン）をクリックして計算を開始します。 1D スラブの例と比較すると、複数の 2D モードが存在する可能性があり、それぞれに追加の計算が必要なため、この手順にはより長い時間がかかります。

実行が完了したら、メインウィンドウの Output タブへ移動します（??）。計算された場データを含む新しい snapshots ディレクトリが表示されます。これをダブルクリックして開き、次に Add（+）ボタンを使用して E.csv をプロットリストに読み込みます。スライダを使うことで、ソルバーが見つけた異なる光学モードを順に表示できます。Snapshots window （??）には各モードの電場分布が表示されます。このファイバの例では、コアがクラッドの中心から完全には一致していないため、モードプロファイルはわずかに非対称です。コアの位置、屈折率、または半径を調整して、これらの変化が支持されるモードにどのように影響するかを調べてみてください。

ファイバシミュレーション実行後の snapshots ディレクトリを表示する OghmaNano の Output タブ。 — **Run** ボタンをクリックした後の **Output タブ**。計算された場データを含む **snapshots** ディレクトリが生成されます。

中心からずれたコアを持つファイバの 2D モード場プロファイルを表示する OghmaNano snapshots ウィンドウ。 — **Add** ボタンで *E.dat* を選択した後の **Snapshots window**。ファイバの 2D モード場プロファイルを表示しています。内側のコアが外側クラッドの中心からわずかにずれているため、モードは完全な対称性を持ちません。コアの位置、屈折率、またはサイズを調整して、モードプロファイルがどのように変化するかを試すことができます。

Mode Calculator ボタンが強調表示された Optical リボンを示す OghmaNano メインウィンドウ。 — *OghmaNano* の **Optical ribbon**。**Mode Calculator** ボタンが強調表示されています。このボタンをクリックすると、モードソルバー設定ウィンドウが開きます。

TE/TM 選択ドロップダウンが強調表示された OghmaNano Mode Calculator エディタウィンドウ。 — ソルバーパラメータを設定できる **Mode Calculator editor** ウィンドウ。強調表示されたドロップダウンメニューでは、*Transverse Electric (TE)* と *Transverse Magnetic (TM)* モードの選択が可能です。

ステップ 4：モードソルバーの設定

計算を実行する前に、光学メッシュとソルバー設定を微調整できます。 Optical ribbon から Optical mesh editor にアクセスできます（??）。ここでは X 方向と Y 方向の両方でグリッド分解能を定義します。十分に細かいメッシュは、特に高屈折率差や小さな構造の近傍での急峻な場変動を捉えるために不可欠です。

Mode Calculator ボタンをクリックすると、ソルバー設定ウィンドウが開きます（??）。ここでは、最大反復回数、数値許容誤差、および X 方向と Y 方向で探索する固有モード数を設定できます。 TE/TM selector により、Transverse Electric 計算と Transverse Magnetic 計算を切り替えることができ、これは偏光が導波モードに与える影響を比較するのに有用です。