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2013 Fiscal Year Annual Research Report

周波数依存型3次元LOD―FDTD法の開発とプラズモンデバイス解析への応用

Research Project

Project/Area Number 23560415
Research InstitutionHosei University

Principal Investigator

柴山 純  法政大学, 理工学部, 准教授 (40318605)

Keywords光デバイス
Research Abstract

本研究課題の目的は、3次元(3D)の微小プラズモン導波路デバイスを極めて高速に解析できる局所的一次元(LOD)法に基づく陰的な周波数依存型有限差分時間領域(FDTD)法を開発することである。前年度までに、Fundamental法に基づく効率よい3D-LOD-FDTD法を開発したので、今年度はデバイス解析を精力的に行った。特に、ギャップ導波路で構成された3次元構造のグレーティングフィルタの反射特性を、2次元構造の結果と詳細に比較した。その結果、2次元構造で得られる広い反射帯域が、典型的な3次元構造では得られないことがわかった。これは、2次元構造では光波がフィルタ内に完全に閉じこめられグレーティングの効果が顕著である一方、3次元構造では光波がギャップの外の空気領域に漏れグレーティングの効果が限定的になるためであることを突き止めた。ギャップ幅50nmの典型的な3次元構造で、2次元構造と同等の特性を得るためには、金属膜を2.5um(ギャップ幅の50倍)以上の厚みに選ぶ必要のあることがわかった。これまで、ギャップ導波路を利用した多くの機能デバイスが提案されているが、それらのほとんどは2次元構造であり、実用的なサイズを有する3次元構造では2次元構造の特性の再現が困難であることが予想される。これらの成果を、電子情報通信学会の総合・ソサエティ大会、研究会で報告した。現在、論文執筆準備中である。
デバイス解析と平行して、新たな数値解析手法の開発も行った。Fundamental法に基づく周波数依存型LOD-FDTD法を、多極のDebye媒質を解析できるように拡張し、IEEE Photonics Technology Letters(PTL)で採録された。さらに、Fundamental法を回転対構造(BOR)用周波数依存型FDTD法にも導入した(IEICE Tran. Electronに採録)。

  • Research Products

    (30 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (24 results) (of which Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Fundamental LOD-BOR-FDTD method for the analysis of plasmonic devices2014

    • Author(s)
      Jun Shibayama, Takuto Oikawa, Tomoyuki Hirano, Junji Yamauchi, and Hisamatsu Nakano
    • Journal Title

      IEICE Transactions on Electronics

      Volume: E97-C Pages: 全4頁

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fundamental法に基づく簡素なADI-BPMを用いた導波路型光吸収SPRセンサの三次元解析2014

    • Author(s)
      柴山 純、横溝明大、山内潤治、中野久松
    • Journal Title

      電子情報通信学会論文誌C

      Volume: J97-C Pages: 177-185

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Treatment of metal for the FDTD analysis of terahertz devices2014

    • Author(s)
      Jun Shibayama, Yosuke Uchizono, Shingo Ozaki, Junji Yamauchi, and Hisamatsu Nakano
    • Journal Title

      Optical and Quantum Electronics

      Volume: 46 Pages: 345-356

    • DOI

      10.1007/s11082-013-9765-2

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 光分野におけるシミュレーション技術とデバイス解析への応用2013

    • Author(s)
      柴山 純、齊藤晋聖
    • Journal Title

      電子情報通信学会誌

      Volume: 96 Pages: 406-410

  • [Journal Article] Frequency-dependent fundamental LOD-FDTD formulation for a multi-pole Debye model2013

    • Author(s)
      Jun Shibayama, Naoki Sasaki, Yuu Wakabayashi, Junji Yamauchi, and Hisamatsu Nakano
    • Journal Title

      IEEE Photonics Technology Letters

      Volume: 25 Pages: 965-968

    • DOI

      10.1109/LPT.2013.2256342

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Application of the explicit and implicit FDTD methods to the analysis of a terahertz plasmonic grating2014

    • Author(s)
      J. Shibayama, Y. Wada, J. Yamauchi, H. Nakano
    • Organizer
      Progress in Electromagnetic Research Symposium
    • Place of Presentation
      Guangzhou, China
    • Year and Date
      20140825-28
  • [Presentation] Finite-difference time-domain analysis of terahertz devices2014

    • Author(s)
      Jun Shibayama, Junji Yamauchi, and Hisamatsu Nakano
    • Organizer
      International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications
    • Place of Presentation
      Palm Beach, Aruba
    • Year and Date
      20140803-20140809
    • Invited
  • [Presentation] Analysis of an optical nanodipole antenna with a stub2014

    • Author(s)
      Jun Shibayama, Naoki Sasaki, Junji Yamauchi, and Hisamatsu Nakano
    • Organizer
      IEEE Topical Conference on Antennas and Propagation in Wireless Communications
    • Place of Presentation
      Palm Beach, Aruba
    • Year and Date
      20140803-20140809
    • Invited
  • [Presentation] Analysis of a terahertz resonator using an efficient LOD-FDTD method with a PEC boundary condition2014

    • Author(s)
      Jun Shibayama, Shingo Ozaki, Junji Yamauchi, and Hisamatsu Nakano
    • Organizer
      IEEE International Conference on Numerical Electromagnetic Modeling and Optimization
    • Place of Presentation
      Pavia、Italy
    • Year and Date
      20140514-20140516
  • [Presentation] FDTD法を用いたテラヘルツデバイスの解析2014

    • Author(s)
      柴山 純, 山内潤治, 中野久松
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      20140318-20140321
    • Invited
  • [Presentation] ラヘルツ帯における多層型周波数選択板の透過特性2014

    • Author(s)
      柴山 純, 尾崎慎吾, 山内潤治, 中野久松
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      20140318-20140321
  • [Presentation] テラヘルツプラズモニックグレーティングにおける反射特性の温度依存性2014

    • Author(s)
      柴山 純, 和田祐輔, 山内潤治, 中野久松
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      20140318-20140321
  • [Presentation] プラズモニックグレーティングの反射係数の構造依存性(II)2014

    • Author(s)
      平野 智之, 柴山 純, 山内潤治, 中野久松
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      20140318-20140321
  • [Presentation] 誘電体基板上に配置されたスタブ付き光ナノダイポールアンテナ2014

    • Author(s)
      佐々木直紀, 柴山 純, 山内潤治, 中野久松
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      20140318-20140321
  • [Presentation] LOD-FDTD法のGPUによる高速化手法の一検討と生体電磁界解析への適用2013

    • Author(s)
      尾形洋樹, 佐々木謙介, チャカロタイ ジェドヴィスノプ, 鈴木敬久, 柴山 純
    • Organizer
      電子情報通信学会研究会
    • Place of Presentation
      東北大学
    • Year and Date
      20131024-20131025
  • [Presentation] Some applications of a fundamental scheme to simple implementations of the finite-difference time-domain method and the beam-propagation method2013

    • Author(s)
      Jun Shibayama, Junji Yamauchi, and Hisamatsu Nakano
    • Organizer
      IEEE AP/MTT International Conference on Applied Electromagnetics and Communications
    • Place of Presentation
      Dubrovnik, Croatia
    • Year and Date
      20131014-20131016
  • [Presentation] プラズモングレーティングの反射係数の構造依存性2013

    • Author(s)
      平野智之, 柴山 純, 山内潤治, 中野久松
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      福岡工業大学
    • Year and Date
      20130917-20130920
  • [Presentation] 広帯域なテラヘルツストップバンドフィルタ(II)2013

    • Author(s)
      柴山 純, 尾崎慎吾, 山内潤治, 中野久松
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      福岡工業大学
    • Year and Date
      20130917-20130920
  • [Presentation] 等価屈折率法のプラズモンギャップ導波路への適用性2013

    • Author(s)
      柴山 純, 和田祐輔, 平野智之, 山内潤治, 中野久松
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      福岡工業大学
    • Year and Date
      20130917-20130920
  • [Presentation] AMG法による1D LOD-FDTD法の高速化の検討2013

    • Author(s)
      尾形洋樹, 佐々木謙介, 鈴木敬久, 柴山 純
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      福岡工業大学
    • Year and Date
      20130917-20130920
  • [Presentation] プラズモン導波路で給電された光ナノアンテナ (II)2013

    • Author(s)
      佐々木直紀, 柴山 純, 山内潤治, 中野久松
    • Organizer
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • Place of Presentation
      福岡工業大学
    • Year and Date
      20130917-20130920
  • [Presentation] Concise formulation of the full-vectorial BPM without an operator splitting error2013

    • Author(s)
      Jun Shibayama, Tatsuya Aso, Junji Yamauchi, and Hisamatsu Nakano
    • Organizer
      Asia-Pacific Radio Science Conference
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      20130903-20130907
  • [Presentation] Finite-difference time-domain analysis of a terahertz wide stop-band filter2013

    • Author(s)
      Jun Shibayama, Yosuke Uchizono, Junji Yamauchi, and Hisamatsu Nakano
    • Organizer
      Asia-Pacific Radio Science Conference
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      20130903-20130907
    • Invited
  • [Presentation] Fundamental法を用いたフルベクトルビーム伝搬法の再定式化2013

    • Author(s)
      仁藤雄大, 柴山 純, 山内潤治, 中野久松
    • Organizer
      電子情報通信学会研究会
    • Place of Presentation
      稚内総合文化センター
    • Year and Date
      20130718-20130719
  • [Presentation] Analysis of a polarization converter using a full-vectorial fundamental alternating-direction implicit beam-propagation method2013

    • Author(s)
      Jun Shibayama, Akio Yokomizo, Junji Yamauchi, and Hisamatsu Nakano
    • Organizer
      The 2013 International Symposium on Electromagnetic Theory
    • Place of Presentation
      International Conference Center, Hiroshima
    • Year and Date
      20130520-20130524
  • [Presentation] Efficient time-domain technique for the analysis of circularly symmetric plasmonic waveguides2013

    • Author(s)
      Shibayama, T. Oikawa, J. Yamauchi, H. Nakano
    • Organizer
      Progress in Electromagnetic Research Symposium
    • Place of Presentation
      Stockholm, Sweden
    • Year and Date
      2013-08-14
  • [Presentation] Effect of a metal dispersion on characterizing terahertz devices in the FDTD analysis2013

    • Author(s)
      J. Shibayama, S. Ozaki, Y. Uchizono, J. Yamauchi, H. Nakano
    • Organizer
      Progress in Electromagnetic Research Symposium
    • Place of Presentation
      Stockholm, Sweden
    • Year and Date
      2013-08-13
  • [Presentation] プラズモニックデバイスの2次元解析と3次元解析の比較

    • Author(s)
      柴山 純, 和田祐輔, 平野智之, 山内潤治, 中野 久松
    • Organizer
      電子情報通信学会研究会
    • Place of Presentation
      日本大学
  • [Presentation] FDTD法を用いたテラヘルツデバイス解析における金属の取り扱い

    • Author(s)
      柴山 純, 尾崎慎吾, 内薗洋祐, 山内潤治, 中野久松
    • Organizer
      電子情報通信学会研究会
    • Place of Presentation
      NTT厚木研究開発センター
  • [Remarks] 法政大学 学術研究 データベース

    • URL

      kenkyu-web.i.hosei.ac.jp/Profiles/17/0001656/profile.html

URL: 

Published: 2015-05-28  

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