2006 Fiscal Year Annual Research Report
赤外・可視光領域のメタマテリアルの高精度数値シミュレーションとデバイス設計
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17560029
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
COLE James B 筑波大学, 大学院システム情報工学研究科, 助教授 (20280901)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷田貝 豊彦 筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 教授 (90087445)
蔡 東生 筑波大学, 大学院システム情報工学研究科, 助教授 (70202075)
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| Keywords | 応用光学 / フォトニック結晶 / 光スイッチ / メタマテリアル / Mie散乱 / FDTD / RCアルゴリズム |
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| Research Abstract |
分散を取り扱うことができる時間領域差分法FDTD(finite-difference time-domain)アルゴリズム(RC(Recursive Convolution)アルゴリズム)を使って、波長より細かい構造を持つ金の回折格子の光学的特徴を調べるとともに、波長より小さい銀の円周のsurface plasmonを調べた。またTEモードの計算に最適な新型のRCアルゴリズムを開発した。
波長より細かい構造を持つ金属の回折光素は非常に有用な特徴を持つが、その光学的特徴の計算が難しい。無限に周期的な構造、または完全対称性を持つ構造の場合、解析解は存在するが、事実的の回折光素のデザインは数値計算によるほかなく、FDTDはよく使われる。分散のない場合に関して、我々は精度の高いFDTDアルゴリズムを導入した。分散がある場合には、RCアルゴリズムという特殊なFDTDアルゴリズムが必要となる。RCアルゴリズムの計算量は厖大なため、計算量を減らすことが重要となる。本研究ではTEモードの計算のために新型のRCアルゴリズムを開発した。TEモードでは電界波構造が並行偏波であり、電界波は波動方程式に従う。そのためMaxwell方程式の代わりに波動方程式を解く。波動方程式を解くことはMaxwell方程式を解くより計算量が大幅に低い。
本年度はRCアルゴリズムを使って、銀の円周上のsurface plasmonモードのシミュレーションに成功した。さらに、金の回折格子の反射モードを調べた。新型アルゴリズムを評価するために、実験データをFinite Element Methodという計算法で比較し同じ解を得た。
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