2013 Fiscal Year Annual Research Report
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24656041
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大寺 康夫 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20292295)
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| Keywords | 光ファイバー / 周期構造 / 導波モード共鳴現象 / 光ファイバーセンサー / FDTD法 / フォトニック結晶光ファイバー |
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| Research Abstract |
一定の曲率を持って波長以下の間隔で周期的に配置した高屈折率散乱体は、同心円状の波面を持つ光に対し、高反射率・高波長選択性の共鳴型反射鏡として作用する。このような散乱体（格子）で囲まれた柱状空間は極めて高いＱ値を持つ単一モード光共振器として機能する。本研究はこの知見に基づく共鳴導波型光ファイバーの諸特性を明らかにし、光ファイバー型センサーなど、将来の応用のための理論的基盤を確立することを目的として開始された。計画２年目である本年度は、従来型の円形光ファイバーとの動作機構上の差異を一つずつ明らかにすることを目的として、種々の解析を行った。その結果、ファイバーの閉じ込めモードの分散関係とその損失スペクトル、モード分類を明らかにした。それと共に、周期散乱体（高屈折率ロッド）に付帯して配置した空孔ロッドの屈折率分布の変化に伴うモード特性の変化など、環境変化感受型センサとしての使用を想定した解析も実施した。
以上の、ファイバーとしての基礎的特性の解析と並行して、本構造のようなサブ波長周期構造・円形ナノ光デバイスの電磁界解析を効率的に実施するための、コンピュータシミュレーションの手法についても研究した。その成果として、ナノフォトニック・デバイスの解析で多用されるFDTD法を基盤とする、円柱座標系構造体解析用FDTD法向けの高効率吸収境界条件(CPML)の性能評価を行った。また、この円柱座標系用FDTD法プログラムを少ない計算量で高精度に計算する新たなアルゴリズムも発表した。
以上のように、本研究課題では、光ファイバ型センサーへ応用することのできる、「導波モード共鳴現象」に基づく、全く新しい導波機構を持つ光ファイバである「共鳴導波型光ファイバー」を提案し、その動作メカニズムの詳細を明らかにしたとともに、必要な電磁界解析手法についても新たな知見を産み出した。
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