| 研究課題/領域番号 |
21K04169
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 |
辻 寧英 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (70285518)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 光導波路デバイス / トポロジー最適設計 / 有限要素法 / ビーム伝搬法 / 随伴変数法 / 関数展開法 / 光デバイス / 自動最適設計 / トポロジー最適化 / 共分散行列適応進化戦略 / 多目的最適化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では作製可能性により重きを置いた汎用的で多目的な最適設計法の開発を目指す．そのため，これまでの検討でまだ達成できていない次のことを明らかにしていく．まず，デバイス特性と作製の難易度やトレランスなどの複数の目的関数を用意したときの多目的トポロジー最適設計手法の開発を行う，次に，トポロジー最適設計された構造から特性に寄与する本質的な構造とそれ以外の構造を分離し，デバイス動作の物理を明らかにするとともに、構造の単純化手法の検討を行う．これに加えて，自動最適設計の初期段階で用いる各種の近似を用いた効率的な数値解析手法の適用可能性と最適設計に適した高精度で高効率な解析法の開発を試みる．
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| 研究成果の概要 |
設計者の知識に頼らずに計算機を用いて高性能な光デバイスを設計するため，トポロジー自動最適設計法の検討を行った．設計領域内の構造表現にメタボールを用いた方法，モザイク状の構造をベースとする方法を新たに開発し，目標の特性を実現し作製に適した素子構造を得られることを示した．設計効率を高めるための数値解析法の検討も行い，改良型の等価屈折率法を活用することで3次元設計を大幅に効率化できることを示した．また，最適解の探索のアルゴリズムとしてハーモニーサーチと勾配法のハイブリッド手法を提案し，比較的多くの問題でこれまでの手法よりも探索効率が高いことを示した．これらの成果を基に様々な新しいデバイスを見出した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
光デバイスは通信分野のみならずバイオセンシングをはじめ様々な分野で応用が広がっている．そうした様々な分野からの様々な要求に応えられる高性能な光デバイスを時期を逸することなく設計できることが求められている．開発した光デバイスのトポロジー最適設計法は，設計者の知識を必要とすることなく目的の特性を与えるだけでそれを実現し作製にも適した素子を自動設計することができる．これにより光を利用した技術の進展が加速することが期待される．また，トポロジー最適設計法でまったく新しい構造が自動生成されることで，これまで我々が考えてこなかった物理や，素子特性を改善するための技術を知ることができる．
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