Development of a frequency-dependent semi-implicit FDTD method and its application to the design of waveguide-based THz devices
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19K04537
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | FDTD法 / テラヘルツ波 / 表面プラズモンポラリトン / 表面プラズモン共鳴 / SPRセンサ / 半陰解法 / THzデバイス / 偏光子 |
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| Outline of Research at the Start |
テラヘルツ(THz)帯での新規な表面プラズモン共鳴(SPR)センサの設計を，本研究で開発する効率の良い有限差分時間領域(FDTD)法を用いて行う．SPRセンサに付加した半導体薄膜の厚み方向にのみ陰的手法を導入した半陰的FDTD法を開発し，時間方向の計算刻み幅の制限を緩和する．結果として，従来の陽的FDTD法に比べ，計算時間を1/10程度に短縮する．開発した半陰的FDTD法を用いて実用的な3次元構造のセンサを検討する．TM波のみをセンサに送り込む導波路型THz偏光子も合わせて考案する．
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| Outline of Final Research Achievements |
The objective of this study is twofold. One is to develop a semi-implicit finite difference time domain (FDTD) method for the design of waveguide-type devices in the terahertz (THz) band with thin films of semiconductor InSb. The second is to analyze and design THz surface plasmon resonance (SPR) sensors and polarizers using the developed semi-implicit FDTD method.
Two and three-dimensional semi-implicit FDTD methods were developed. Compared to the conventional explicit FDTD method, the calculation time was reduced to roughly 30 and 20%, respectively, while maintaining the calculation accuracy.
In the design of polarizers, we proposed a new device that does not use interference of modes, but adds InSb layers on both sides of the core to attenuate and remove TE waves by plasmon excitation.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
光波と電波の中間に存在するテラヘルツ(THz)波を用いた技術開発が進んでいる。本研究ではTHz波を利用した導波路デバイスの設計を効率よく行える半陰的FDTD法の開発と、開発したFDTD法を用いて種々のデバイスの設計を行った。計算時間を従来手法の20～30%にまで低減できたことから、極めて効率よいデバイス設計が可能になった。また、従来の干渉現象を用いた製造精度の要求される偏光子に対して、半導体層をコア両壁に設けた新たな偏光子を提案した。提案した偏光子では、特性が長さ方向に鈍感であり、高い製造精度がなくても良好な特性の得られる見込みが立った。
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Report
(5 results)
Research Products
(43 results)
