2020 Fiscal Year Research-status Report
高性能・広帯域な光集積回路設計のための製造容易性を考慮した自動最適設計システム
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19K11997
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
安井 崇 北見工業大学, 工学部, 准教授 (20403438)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉坂 純一郎 北見工業大学, 工学部, 准教授 (00599227)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光集積回路 / 有限要素法 / ビーム伝搬法 / 遺伝的アルゴリズム / astrophotonics / MMIカプラ / 石英光導波路 / カルコゲナイドガラス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和２年度の研究では以下のような成果を得た．１．前年度の研究で開発を行った実数型マイクロＧＡ(遺伝的アルゴリズム）を使用した石英平面光回路を用いた４ｘ４多モード干渉（ＭＭＩ）カプラ型光９０度ハイブリッドの構造最適設計システムの並列・分散処理化を行った．本システムを使用することで，典型的な性能要件を満たすデバイスが実現可能であることを示した．また，並列化の効率として，５台のデスクトップ型パーソナル・コンピュータを使用した並列処理の結果４倍程度の高速化率を達成した．この成果については次年度に発表を行う予定である．２．令和２年度より検討を始めた，中赤外域で動作するカルコゲナイドガラスを材料とした光集積回路の設計について調査を行った．具体的に，導波路コアにＡｓ２Ｓｅ３を使用したチャネル型光導波路の導波特性の評価を行った．有限要素法を使用して高次モードのカットオフ波長を詳細に調べ，その結果，導波路の構造パラメータを適切に設定することで，ａｓｔｒｏｎｉｍｉｃａｌ Ｎ ｂａｎｄと呼ばれる８～１２μｍの波長帯で偏光に関係なく単一モード動作の実現が可能となる条件を数値的に明らかにした．この結果について，２０２０年電子情報通信学会ソサイエティ大会（オンライン開催）で発表を行った．また，それをまとめた論文を電子情報宇通信学会の英文論文誌IEICE TRANSACTIONS on Electronicsに投稿し，２０２１年８月号への再録が決定した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定した研究内容のうち，石英平面光回路型4x4 MMIカプラによる光90度ハイブリッド回路の自動最適設計および，カルコゲナイドガラスチャネル導波路の詳細な導波特性の解明を行うことができた．一方，より高精度な３次元ビーム伝搬法を使用した光90度ハイブリッド回路の自動最適設計については実施することができなかった．だが，新型コロナウイルスの感染が全世界的に拡大する状況の下で大学の授業のオンライン化など当初想定されなかった環境下での成果として考え「おおむね順調に進展している」と判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までの研究で実現した並列・分散処理化によって高効率化した実数型マイクロGAによる光導波路の最適設計システムでは簡便な2次元有限要素ビーム伝搬法(FE-BPM)を光波の伝搬解析に使用していた．今年度の研究では，光波の伝搬解析により高精度ではあるが計算コストの高い3次元FE-BPMを使用したシステムの構築をめざす．高精度な3次元解析に基づく最適化を行うことで，簡便な2次元解析に基づく構造最適化の適用限界を見極める．
上記に加えて，中赤外の波長帯を対象としたカルコゲナイドガラス光導波路を用いた高性能光集積回路設計のための検討も行う．カルコゲナイドガラスを用いたリブ形光導波路の基本的な導波特性を明らかにする．また，その知見に基づいて中赤外域で動作する高性能な光集積回路の自動最適設計システムの開発への発展を目指す．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの感染拡大のために学会がオンラインでの開催となったことによって当初計上した旅費を使用できなかった．旅費として形状した研究費を物品費等として使用したことにより残額が発生した．発生した残額は物品費として次年度に使用する予定である．
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