🎯 Objetivos de aprendizagem

Configurar um guia de onda em lâmina 1D no OghmaNano e calcular modos TE/TM.
Interpretar perfis modais fundamentais e de ordem superior ao longo do comprimento de onda.
Configurar a solução de modos 2D: seleção de eixo, densidade de malha, amostragem em comprimento de onda.
Usar configurações de busca de autovalores (índices X/Y) para direcionar modos específicos.
Reconhecer descontinuidades de interface em TM e vazamento/anti-guiamento em λ longo.

📦 Pré-requisitos

OghmaNano instalado e funcionando.
Familiaridade básica com índice de refração e modos guiados.

⏱ Tempo estimado

Parte A (TE/TM 1D): 10–15 min
Parte B (modos 2D): 10–15 min
Parte C (modos complexos 2D): 10–15 min

Solucionador de modos de guia de onda em lâmina

Neste tutorial, calculamos os modos ópticos suportados por um guia de onda cilíndrico, como uma fibra óptica. Diferentemente dos tutoriais de lâmina, este exemplo usa objetos livres em vez de estruturas em camadas definidas no editor de epitaxia. Ao substituir os objetos de exemplo por itens da biblioteca de formas, você pode investigar os modos suportados por praticamente qualquer geometria. Observe que este solucionador é bidimensional: ele toma uma fatia transversal do objeto 3D e calcula os modos guiados nesse plano.

Passo 2: Criar uma nova simulação

Clique em New simulation. Isso abre a biblioteca de categorias de dispositivos disponíveis, mostrada em ??. Dê duplo clique no ícone Mode solver para abrir a pasta de exemplos ópticos. Você verá uma lista de simulações pré-configuradas, incluindo 1D slab waveguides (TE/TM), 2D box guides, 2D slab guides e um modelo 2D fiber optic, como mostrado em ??. Para este tutorial, selecione 2D Fiber optic (TE). Quando solicitado, salve a nova simulação em uma pasta na qual você tenha permissão de escrita.

💡 Dica: Para melhor desempenho, salve em uma unidade local, como C:\. Simulações armazenadas em pastas de rede, USB ou nuvem (por exemplo, OneDrive) podem executar lentamente devido ao volume intenso de leitura/escrita.

Janela New simulation do OghmaNano com categorias incluindo Organic solar cells, OFETs, Optical filter, Lasers e Mode solver destacado — A janela *New simulation* mostrando a biblioteca de categorias de dispositivos e projetos de exemplo. Aqui, a pasta **Mode solver** está destacada — dê duplo clique para abrir simulações de exemplo para óptica guiada.

Lista de exemplos de Mode solver do OghmaNano mostrando opções como 1D Slab waveguide (TE/TM), 2D Box waveguide, 2D Fiber optic e 2D Slab waveguide — Dentro da categoria **Mode solver**, você pode escolher entre vários modelos. Eles incluem guias de lâmina 1D (TE ou TM), guias de caixa 2D, guias de lâmina 2D e um exemplo **2D fiber optic**. Selecionar o modelo de fibra óptica cria uma simulação de guia de onda cilíndrico pronta para análise.

Passo 2: Criar uma nova simulação

Visualização 3D do OghmaNano mostrando a geometria de uma fibra óptica com um objeto de núcleo interno dentro de um objeto de revestimento externo. O menu de clique direito no núcleo interno está aberto. — Visualização da geometria de uma fibra óptica definida por dois objetos aninhados — um núcleo interno e um revestimento externo. Embora mostrados como esferas, o solucionador trabalha em 2D, então isso representa uma fatia da seção transversal de uma fibra. Clicar com o botão direito no objeto do núcleo interno abre o menu **Edit**.

Janela do editor de objetos do OghmaNano mostrando opções para configurar o objeto selecionado, incluindo material, forma, posição e orientação. — A janela **Object Editor** para o núcleo selecionado. Aqui você pode definir o material óptico (por exemplo, a partir do banco de dados de materiais), ajustar a forma do objeto e configurar seu tamanho, posição e orientação. Os objetos também podem ser arrastados interativamente na visualização 3D.

Quando a janela principal da simulação abrir, você verá uma visualização geométrica semelhante a ??. Neste exemplo, dois objetos de forma livre da biblioteca de formas foram colocados um dentro do outro para formar a seção transversal da fibra. Você pode reposicionar objetos arrastando-os na janela principal com o botão esquerdo do mouse.

Se você clicar com o botão direito no objeto interno, aparecerá um menu de contexto (??). Selecionar Edit abre o Object editor (??), onde você pode modificar propriedades como material, índice de refração, dimensões, orientação e posição. Esse editor permite ajustar finamente a geometria antes de executar o solucionador de modos.

Passo 3: Executando a simulação

Clique no botão Run simulation (ícone azul de reprodução) para iniciar o cálculo. Comparado ao exemplo de lâmina 1D, esta etapa levará mais tempo porque vários modos 2D podem existir, e cada um exige cálculo adicional.

Quando a execução estiver concluída, vá para a aba Output da janela principal (??). Um novo diretório snapshots aparecerá contendo os dados de campo calculados. Dê duplo clique para abri-lo e, em seguida, use o botão Add (+) para carregar E.csv na lista de gráficos. Com o controle deslizante, você pode percorrer os diferentes modos ópticos encontrados pelo solucionador. A janela Snapshots (??) exibe a distribuição de campo elétrico para cada modo. Neste exemplo de fibra, os perfis modais são ligeiramente assimétricos porque o núcleo não está perfeitamente centrado dentro do revestimento. Tente ajustar a posição, o índice de refração ou o raio do núcleo para explorar como essas mudanças afetam os modos suportados.

Aba Output do OghmaNano mostrando o diretório snapshots após a execução da simulação da fibra. — A **aba Output** após clicar no botão **Run**. O diretório **snapshots** é gerado, contendo os dados de campo calculados.

Janela snapshots do OghmaNano mostrando o perfil de campo modal 2D da fibra com um núcleo fora do centro. — A **janela Snapshots** após selecionar *E.dat* com o botão **Add**, mostrando o perfil de campo modal 2D da fibra. Os modos não são perfeitamente simétricos porque o núcleo interno está ligeiramente deslocado do centro do revestimento externo. Você pode experimentar ajustando a posição do núcleo, o índice de refração ou o tamanho para ver como os perfis modais mudam.

Janela principal do OghmaNano mostrando a faixa Optical com o botão Mode Calculator destacado. — A **faixa Optical** no *OghmaNano*, com o botão **Mode Calculator** destacado. Clicar nesse botão abre a janela de configuração do solucionador de modos.

Janela do editor Mode Calculator do OghmaNano com o menu suspenso de seleção TE/TM destacado. — A janela do **editor Mode Calculator**, onde você pode configurar parâmetros do solucionador. O menu suspenso destacado permite selecionar entre modos *Transverse Electric (TE)* e *Transverse Magnetic (TM)*.

Passo 4: Configurando o solucionador de modos

Antes de executar o cálculo, você pode ajustar finamente a malha óptica e as configurações do solucionador. A faixa Optical fornece acesso ao Optical mesh editor (??), onde você define a resolução da grade nas direções X e Y. Uma malha suficientemente fina é essencial para capturar variações abruptas de campo, especialmente próximas a contrastes altos de índice ou estruturas pequenas.

Clicar no botão Mode Calculator abre a janela de configuração do solucionador (??). Aqui você pode definir o número máximo de iterações, a tolerância numérica e o número de modos próprios a buscar nas direções X e Y. O seletor TE/TM permite alternar entre cálculos Transverse Electric e Transverse Magnetic, o que é útil para comparar como a polarização afeta os modos guiados.