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OptiFDTD 時間領域光伝搬ソルバ
OptiFDTDは、パッシブ光学素子やアクティブ光学素子をFDTD法で解析する強力で使いやすいソフトウェアです。BPM法では解析が難しい、反射や様々な方向に進む光を扱うことができます。
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OptiFDTDの特徴
OptiFDTDの概要
OptiFDTDは有限差分時間領域法(FDTD法)を用いて光の挙動を波動的に解析するシミュレーションソフトウェアです。FDTD法では、伝搬する光やその進行方向についての制限が無いため、光の散乱や回折、反射を起こす様々なデバイスのシミュレーションを行なうことができます。解析は時間と空間の両方で行なうため、各時間点での光の振る舞いを計算ウィンドウで確認することも可能です。また、周波数領域での結果が必要な場合には、離散フーリエ変換（DFT）を使い、振幅や位相の情報を得ることもできます。
主な適用分野
- 微小回折光学素子（グレーティング）
- 2次元や3次元のフォトニック結晶およびこれを利用したデバイス
- 光導波路や光ファイバ
- レンズドファイバやマイクロレンズ
- LEDや太陽電池内の多層膜やテクスチャ構造の最適化
- 反射防止膜などの薄膜構造
- 近接場光や表面プラズモン共鳴
- 光マイクロリング共振器
<主なモジュールと機能>
デバイス レイアウト デザイナ
使いやすく洗練されたデバイスレイアウトデザイナによって任意の構造を2D、3Dで簡単にモデリングできます。- 便利な素子設計機能
- 基本形状ライブラリを用意。マウス操作で直線や円弧、テーパ形状などを組み合わせて簡単にデバイスを作成できます。
- 球形状、ブロック形状、シリンダ形状など、基本的な3次元形状のライブラリも用意されています。
- 配置した基本形状やグループのミラーリングやスケーリング、グリッド点へのスナップなど、便利な編集ツールが用意されています。
- フォトニック結晶デザイナを利用して 2次元や3次元の結晶構造を簡単に作成できます。
デバイスレイアウトデザイナ - 入射光の設定
- 空間分布として、ガウスビーム、平面波、点光源など多様な設定が可能です。
- 時間領域の設定として、連続波(Continuous wave)、パルス波(Gaussian pulse)が選択できます。
点光源とパルス波のスペクトル - 材質ライブラリによる多彩な材質の設定
OptiFDTDでは以下の材質を定義できます。定義したアイテムはライブラリに保存して管理することができます。- 等方性および異方性のある材質
- 損失や利得のある材質
- 金属などの分散材質
- 2次や3次などの非線形性を持つ材質
- 観測ツール
モデル内に観測点や観測線、観測面といった観測ツールを配置すると、時間応答や周波数特性、透過パワーなどのデータを収集することができます。指定した部分だけのデータを保存、解析するため、効率的に計算を行なうことができます。- 等方性および異方性のある材質
- 損失や利得のある材質
- 金属などの分散材質
- 2次や3次などの非線形性を持つ材質
シミュレータ
シミュレータではYeeの有限差分時間領域アルゴリズムに基づいて計算を行ないます。モデルを空間と時間の両方について細分化し、マクスウェル方程式から導いた完全ベクトル微分形式を適用します。指定時間ステップ毎に電界、磁界の解析結果を更新できるため、光の伝搬の様子をアニメーションで確認することができます。- Maxwell 方程式を基に導出した、空間と時間における差分方程式を計算します
- 2D、3D のアルゴリズムが用意されています
- 境界条件として、PML、PMC、PEC、PBC(周期境界条件)が選択できます
- 計算時に空間の分割数と時間のステップサイズを指定します。時間ステップの値は、Courantの安定条件に基づき最適な値を自動計算できます
OptiFDTD シミュレータ
リザルトアナライザ
計算結果はファイルに保存され、リザルトアナライザで開くことができます。2Dや3Dのグラフを表示したり、便利な解析ツールを利用することが可能です。電磁界の各成分やポインティングベクトル、振幅、強度、ファーフィールドパターンなどの表示、出力、印刷などの処理ができます。
リザルトアナライザ
バンドソルバ
専用のソルバにてフォトニック結晶構造のバンドギャップ解析を行うことができます。解析手法はPWE(平面波展開法)が用意されています。
デバイスレイアウトデザイナで作成した任意の結晶構造に対してバンド図を求めることができます。
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| PWEバンドソルバ | |
Visual Basic Script機能
モデルの作成やパラメータを連続的に変えながらの繰り返し計算などをVBScriptで指定できます。作成に時間の掛かる周期構造を数行のスクリプトで作成したり、ランダム関数を用いて微粒子をランダムに配置するなどの操作も可能です。
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| VBScript指定による微粒子のランダム配置の例 | |
その他の機能
- バッチ処理機能
バッチ処理機能を利用したシミュレーションの自動化が可能です。複数のモデルファイルを作成後、任意の順番で自動的にシミュレーションを実行するよう指定することができます。 - 他ソフトウェアとの連携解析機能
BPM法を用いた解析プログラムOptiBPMや、レンズ設計の分野で広く使用されている光学設計評価プログラムCODE VやZemaxとの連携解析が可能です。