Strona główna Przykłady Zrzuty ekranu Instrukcja obsługi Logo Bluesky. YouTube ☰
OghmaNano Platforma do symulacji wielofizycznych procesów zachodzących w optoelektronicznych urządzeniach i systemach fotonicznych. POBIERZ Przewodnik szybkiego uruchomienia

Program do analizy modów światłowodu (TE/TM)

W tym samouczku obliczymy kierowane mody optyczne, które mogą być propagowane w cylindrycznych światłowodach, takich jak światłowody optyczne, za pomocą programu OghmaNano do analizy modów optycznych. W przeciwieństwie do światłowodów płaskich, światłowody optyczne ograniczają światło w dwóch wymiarach poprzecznych, tworząc w pełni dwuwymiarowe, kierowane mody własne. Samouczek pokazuje, jak tworzyć dowolne geometryczne kształty optyczne, konfigurować siatkę optyczną i wizualizować rozkłady pól modalnych TE i TM.

1. Tworzenie symulacji działania światłowodu.

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.

💡 Wskazówka: Aby uzyskać najlepszą wydajność, zapisz dane na lokalnym dysku, na przykład C:\. Symulacje przechowywane w folderach sieciowych, na dyskach USB lub w chmurze (np. OneDrive) mogą działać wolniej ze względu na dużą liczbę operacji odczytu i zapisu.

OghmaNano New simulation window with categories including Organic solar cells, OFETs, Optical filter, Lasers, and Mode solver highlighted
Nowe okno symulacji wyświetla bibliotekę kategorii urządzeń i przykładowe projekty. Na ilustracji wyróżniono folder „Mode solver” – kliknij go dwukrotnie, aby otworzyć przykładowe symulacje dotyczące optyki fal prowadzących.
OghmaNano Mode solver examples list showing options such as 1D Slab waveguide (TE/TM), 2D Box waveguide, 2D Fiber optic, and 2D Slab waveguide
W ramach kategorii „Rozwiązywanie problemów w trybie modalnym” można wybrać spośród kilku szablonów. Obejmują one przewodniki płytowe 1D (TE lub TM), przewodniki w kształcie prostopadłościanu 2D, przewodniki płytowe 2D oraz przykład dotyczący światłowodu 2D. Wybranie szablonu światłowodu tworzy symulację cylindrycznego światłowodu, gotową do analizy.

2. Tworzenie geometrii włókien.

Kliknij „Nowa symulacja”. Spowoduje to otwarcie biblioteki dostępnych kategorii urządzeń, jak pokazano na ilustracji ??. Kliknij dwukrotnie ikonę solvera trybów optycznych, aby otworzyć folder z przykładami dotyczącymi optyki. Zobaczysz listę gotowych symulacji, w tym symulacje falowodów płaskich 1D (TE/TM), przewodników 2D, falowodów płaskich 2D oraz szablon światłowodu 2D, jak pokazano na ilustracji ??. W ramach tego samouczka wybierz solver trybów światłowodu optycznego 2D (TE). Po wyświetleniu odpowiedniego komunikatu zapisz nową symulację w folderze, do którego masz uprawnienia do zapisu.

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.
Schematyczna reprezentacja światłowodu, składającego się z dwóch elementów: wewnętrznego rdzenia i zewnętrznej powłoki. Chociaż elementy te są przedstawione jako sfery, program obliczeniowy działa w przestrzeni dwuwymiarowej, więc obraz przedstawia przekrój poprzeczny światłowodu. Kliknięcie prawym przyciskiem myszy na wewnętrzny rdzeń powoduje wyświetlenie menu edycji.
OghmaNano object editor window showing options to configure the selected object including material, shape, position, and orientation.
Okno edytora obiektów dla wybranego rdzenia. Tutaj można ustawić właściwości optyczne materiału (np. wybrać z bazy danych materiałów), dostosować kształt obiektu oraz skonfigurować jego rozmiar, położenie i orientację. Obiekty można również interaktywnie przesuwać w widoku 3D.

Po otwarciu głównego okna symulacji zobaczysz widok geometryczny przypominający ??. W tym przykładzie dwa obiekty o dowolnym kształcie z biblioteki kształtów umieszczono jeden w drugim, tworząc przekrój poprzeczny włókna. Możesz zmieniać położenie obiektów, przeciągając je w głównym oknie za pomocą lewego przycisku myszy.

Jeśli klikniesz prawym przyciskiem myszy na wewnętrznym obiekcie, pojawi się menu kontekstowe (??). Wybór opcji „Edytuj” otwiera edytor obiektów (??), w którym można modyfikować właściwości, takie jak materiał, współczynnik załamania, wymiary, orientacja i położenie. Ten edytor umożliwia precyzyjne dostosowanie geometrii przed uruchomieniem solvera trybu optycznego.

3. Uruchomienie procedury rozwiązywania problemów w trybie optycznym.

Kliknij przycisk „Uruchom symulację” (niebieska ikona odtwarzania), aby rozpocząć obliczenia. W porównaniu z przykładem jednowymiarowej płyty, ten krok potrwa dłużej, ponieważ może istnieć wiele dwuwymiarowych trybów, a każdy z nich wymaga dodatkowych obliczeń.

Po zakończeniu obliczeń przejdź do zakładki „Wyniki” w głównym oknie (??). Pojawi się nowy katalog zawierający obliczone dane dotyczące pola. Kliknij go dwukrotnie, aby go otworzyć, a następnie użyj przycisku „Dodaj” (+), aby dodać E.csv do listy wykresów. Za pomocą suwaka możesz przeglądać różne tryby optyczne, które zostały znalezione przez solver. Okno „Migawki” (??) wyświetla rozkład pola elektrycznego dla każdego trybu. W tym przykładzie dotyczącym włókna, profile modalne są nieznacznie asymetryczne, ponieważ rdzeń nie jest idealnie wycentrowany w płaszczu. Spróbuj dostosować położenie, współczynnik załamania lub promień rdzenia, aby sprawdzić, jak te zmiany wpływają na obsługiwane tryby.

OghmaNano Output tab showing the snapshots directory after running the fiber simulation.
Zakładka „Wyniki” wyświetlana po kliknięciu przycisku „Uruchom”. Tworzony jest katalog zawierający wygenerowane dane dotyczące obliczonych pól.
OghmaNano snapshots window showing the 2D modal field profile of the fiber with an off-center core.
Okno „Snapshots” wyświetla się po wybraniu pliku E.dat za pomocą przycisku „Dodaj”, prezentując dwuwymiarowy profil pola modalnego włókna. Modele nie są idealnie symetryczne, ponieważ wewnętrzny rdzeń jest nieznacznie przesunięty względem środka zewnętrznej warstwy okładzinowej. Można eksperymentować, zmieniając położenie rdzenia, współczynnik załamania lub rozmiar, aby zobaczyć, jak zmieniają się profile modalne.
OghmaNano main window showing the Optical ribbon with the Mode Calculator button highlighted.
W programie OghmaNano widoczna jest optyczna wstążka, a przycisk „Kalkulator modów” jest wyróżniony. Kliknięcie tego przycisku otwiera okno konfiguracji solvera trybów optycznych.
OghmaNano Mode Calculator editor window with the TE/TM selection dropdown highlighted.
Okno edytora „Kalkulator modów”, w którym można skonfigurować parametry solvera. Podświetlone menu rozwijane umożliwia wybór między modami poprzecznymi elektrycznymi (TE) i poprzecznymi magnetycznymi (TM).

4. Konfiguracja sieci optycznej i wyszukiwanie własnych modów.

Przed uruchomieniem obliczeń można precyzyjnie dostosować parametry siatki optycznej i ustawienia solvera. W zakładce „Optyka” można uzyskać dostęp do edytora siatki optycznej (??), gdzie definiuje się rozdzielczość siatki w kierunkach X i Y. Odpowiednio drobna siatka jest niezbędna do dokładnego odwzorowania gwałtownych zmian pola, zwłaszcza w pobliżu obszarów o dużych różnicach współczynnika załamania lub małych struktur.

Kliknięcie przycisku „Kalkulator trybów” otwiera okno konfiguracji solvera (??). W tym oknie można ustawić maksymalną liczbę iteracji, tolerancję numeryczną oraz liczbę poszukiwanych trybów własnych w kierunkach X i Y. Przełącznik TE/TM umożliwia przełączanie między obliczeniami dla trybów poprzecznie elektrycznych i poprzecznie magnetycznych, co jest przydatne do porównywania wpływu polaryzacji na propagowane tryby.