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2023 Fiscal Year Annual Research Report

光デバイスの完全自動最適設計システム構築に向けた導波路解析ソフトウェア技術の開発

Research Project

Project/Area Number 22K20433
Research InstitutionUniversity of Hyogo

Principal Investigator

森本 佳太  兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (00966872)

Project Period (FY) 2022-08-31 – 2024-03-31
Keywords光デバイス / 光導波路 / 電磁界解析 / 有限要素法 / 領域分割法
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、光デバイス自動最適設計のための汎用的な光導波路解析の高速・高効率化を目指して、有限要素法に基づく行列演算子を活用した並列処理のための解析領域分割法、入出力特性の計算、および計算効率化に関する検討を行った。
まず、有限要素法の境界処理方法として、伝搬演算子を使った境界条件を適用し、解析領域を囲うように設置された4つの入出力インターフェースにおける電磁界応答を計算可能な散乱演算子を導出した。任意の導波路構造をメッシュ分割して演算子化することができるため汎用性が高く、解析領域をブロックごとに分割して計算が可能であるため、非反復型の領域分割型解析を構築できる。開放系領域を扱うためには、隣接ポート間の不整合に起因する解析領域端からの非物理的な反射波の出現が問題となる。そこで完全整合層を併用し、散乱演算子を生成する過程で完全整合層を除去することでその問題を解消した。また、解析の安定性について検討を行った。放射波成分が大きい領域では全てのモードの結合系を考慮した伝搬演算子を取得することで安定化できると考えられ、屈折率差の大きな導波路においてもポート間接続が可能であることを示した。
次に、メッシュ分割数を削減することによる計算効率化を行うため、これまでに提案されている緩慢変化包絡線近似(SVEA)を適用した有限要素法について、伝搬演算子との結合解法について検討した。SVEAを適用する場合、通常反射波を扱うことができないが、新たに前進波と後退波を多重化することで、双方向伝搬解析が可能であることを示した。また、伝搬演算子の活用により、反射が伴わない任意構造と導波路不連続部の間を接続する伝達行列を生成し、SVEAを活用した領域分割解析が可能であることを明らかにした。伝達行列は散乱行列よりも接続計算を簡略化することができるため、より多くの接続段数が必要な場合に有用性が高い。

  • Research Products

    (12 results)

All 2023

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Function expansion based topology optimization of NRD guide device using hybrid method of harmony search and gradient method2023

    • Author(s)
      Hieda Naoya、Iguchi Akito、Tsuji Yasuhide、Morimoto Keita、Kashiwa Tatsuya
    • Journal Title

      IEICE Electronics Express

      Volume: 20 Pages: -

    • DOI

      10.1587/elex.20.20230012

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Full-Vectorial Bidirectional Beam Propagation Method for Nonradiative Dielectric Waveguides2023

    • Author(s)
      Ahn Hyunuk、Iguchi Akito、Morimoto Keita、Tsuji Yasuhide
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 11 Pages: 80115~80122

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2023.3299168

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 伝搬演算子を活用した有限要素法による光導波路解析の効率化2023

    • Author(s)
      森本 佳太、井口 亜希人、辻 寧英
    • Journal Title

      電子情報通信学会論文誌 C

      Volume: J106-C Pages: 291~298

    • DOI

      10.14923/transelej.2022JCI0021

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electro-Optic Modulator With Tunable Multimode Interference Couplers Based on LiNbO$_{3}$ Waveguides and Optical Single-Sideband Modulation2023

    • Author(s)
      Yasumori Shotaro、Sato Takanori、Morimoto Keita、Kawai Tadashi、Enokihara Akira、Nakajima Shinya、Kanno Atsushi
    • Journal Title

      Journal of Lightwave Technology

      Volume: 41 Pages: 7059~7066

    • DOI

      10.1109/JLT.2023.3324838

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] LiNbO3による1×3MMI光カップラと3並列干渉光変調器の検討2023

    • Author(s)
      安森 昌太郎, 真野 紗耶加, 森本 佳太, 河合 正, 榎原 晃, 中島慎也, 赤羽浩一
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
  • [Presentation] ベイズ最適化を用いたNRDガイドスタブ型フィルタの設計2023

    • Author(s)
      風間 啓佑,井口 亜希人,辻 寧英,森本 佳太,柏 達也
    • Organizer
      電子情報通信学会技術研究報告
  • [Presentation] NRD ガイド解析のための 3 次元フルベクトル双方向ビーム伝搬法2023

    • Author(s)
      安 賢旭, 井口 亜希人, 森本 佳太, 辻 寧英
    • Organizer
      電子情報通信学会技術研究報告
  • [Presentation] 3並列干渉構造による波長分散補償が可能な光変調器2023

    • Author(s)
      安森 昌太郎, 真野 紗耶加, 森本 佳太, 河合 正, 榎原 晃, 中島慎也, 赤羽浩一
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
  • [Presentation] 3次元フルベクトル双方向ビーム伝搬法を用いた誘電損失を考慮したNRDガイドの解析2023

    • Author(s)
      安 賢旭, 井口 亜希人, 森本 佳太, 辻 寧英
    • Organizer
      電気・情報関係学会北海道支部大会
  • [Presentation] 3次元双方向ビーム伝搬法によるNRDガイド導波路の非対称性に起因するモード結合の評価2023

    • Author(s)
      安 賢旭, 井口 亜希人, 森本 佳太, 辻 寧英
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
  • [Presentation] 緩慢変化包絡線近似有限要素法による効率的な光導波路の双方向伝搬解析に関する検討2023

    • Author(s)
      高満 裕己, 森本 佳太, 榎原 晃, 井口 亜希人, 辻 寧英
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
  • [Presentation] 光デバイス解析のための全方位的に領域接続可能な有限要素法に基づく散乱行列法2023

    • Author(s)
      森本 佳太, 榎原 晃, 井口 亜希人, 辻 寧英
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会

URL: 

Published: 2024-12-25  

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