| 研究課題/領域番号 |
21J15173
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 室蘭工業大学 |
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研究代表者 |
森本 佳太 室蘭工業大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
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| キーワード | 光導波路解析 / 有限要素法 / 数値解析 / 誘電体導波路 / プラズモニック導波路 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
通信のさらなる高速・大容量化の要求に応えるためには、光通信システムにおいて機能的役割を担う光導波路素子の高性能化が不可欠である。現在の数値シミュレーションによる設計では、所要時間やメモリ容量による制約のため、大規模回路の設計に困難を極め、回路性能を最大化するための障壁となっている。本研究で提案する有限要素法と伝搬演算子法を組み合わせた新たな解析法は、設計時の反復計算負荷を大幅に低減可能である。さらに自動最適設計理論との融合で、これまでの制約を超えた汎用性の高い設計アプローチを構築する。
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| 研究実績の概要 |
光通信の高速大容量化，省電力化を目指し，光導波路デバイスの最適設計法が広く活用されている．最適設計では一般に膨大な計算コストを必要とし，自由度の高い設計には所要時間やメモリ容量による制約を受けるため，デバイス性能改善の大きな障壁となっている．本研究では，光導波路デバイスの設計効率を高めるため，光導波路解析で広く利用されている有限要素法(FEM)をベースとして，伝搬演算子法と呼ばれる光波の伝搬特性抽出法を利用した効率的な数値解析手法の開発を目的としている．
昨年度までの初期検討では2次元光導波路解析のための解析手法を開発を行っており，本年度は，より実用的な3次元光導波路の解析のための拡張を行うための定式化と解析法の開発を行った．まず3次元構造を2次元メッシュで解析可能な円筒座標系のフルベクトルFEMに基づき，任意の軸対称光導波路を対象とした散乱演算子法を提案した．定式化では，フルベクトルFEMでしばしば問題となるスプリアス解の対策として辺/節点混合要素を採用し，入出力端の境界処理には伝搬演算子を導入することで散乱演算子化を実現している．提案手法は，従来のFEM，有限差分時間領域法，双方向ビーム伝搬法との比較検討により，妥当性と有用性を確認した．また高い解析精度が要求されるプラズモニック導波路の解析においても有用性を確認した．これらの研究成果は，国際学術論文誌1件，国際会議1件，国内全国大会1件で報告を行った．続いて，一般的な入出力がセットになった2ポートの散乱演算子を改良し，2次元面内の解析領域を縦横に接続可能な4ポートの散乱演算子の検討を行った．解析法は放射波が生じない問題において実装され，妥当性を示した．ここまでの結果に関して，国内全国大会で1件の報告を行っており，今後は放射特性を含めた解析を行えるように安定性と精度の改良を行い，手法のさらなる検証を進める方針である．
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| 現在までの達成度 (段落) |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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