| 研究課題/領域番号 |
22K03668
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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16010:天文学関連
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| 研究機関 | 北見工業大学 |
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研究代表者 |
安井 崇 北見工業大学, 工学部, 准教授 (20403438)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022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 / 光集積回路 / アストロフォトニクス / 中赤外 / ビーム伝搬法 / 計算電磁気学 / 有限要素法 / 等価屈折率法 / 差分法 / 中赤外域 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，astronomical N-bandと呼ばれる波長8～12μmの中赤外域で動作する高性能なアストロフォトニクス用光集積回路の設計手法の開発を行う．具体的に，カルコゲナイドガラス光導波路を材料とする光集積回路の高性能化について検討を行う．数値解析手法を駆使することで，中赤外域におけるカルコゲナイドガラス光導波路の導波特性を解明し，広い波長帯で低損失など高性能な光集積回路設計のための指針を明らかにする．また，トポロジー最適化などの自動最適設計手法を用いることで，設計者の経験や勘に頼ることのない高性能なアストロフォトニクス用光集積回路設計の実現を試みる．
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| 研究実績の概要 |
動作波長帯を中赤外域とした高性能なアストロフォトニクス用カルコゲナイドガラス光集積回路を設計するための指針を明らかにすることを目的として，光集積回路を設計するための最も基本的な情報である単一モード動作条件の評価，低損失かつコンパクトな光集積回路を設計するために必要となる曲げ損失の評価を行った．いずれも数値計算手法を用いており，単一モード動作条件の評価には有限要素法を，曲げ損失の評価には等価屈折率法と等価直線導波路を使用した二次元有限差分ビーム伝搬法を使用した．また，光集積回路を構成する導波路の材料としてGaLaSガラス（GLSガラス）および，Ge33As12Se55ガラス（IG2ガラス)を想定し，導波路の作成方法には超高速レーザー書き込み技術(ULI: ultra-fast laser inscription）の使用を想定した評価を行った．
GLSガラス光導波路については，有限要素法を用いた導波モード解析を行うことで，8から10μmの波長帯において単一モード動作可能な構造パラメータの探査を行った．その結果，この波長帯で単一モード動作を実現できる導波路の幅と高さ，ULIによる屈折率増加量の条件を明らかにした．この成果について2024年電子情報通信学会総合大会で発表した．
IG2ガラス光導波路については，8から10μmの波長帯における単一モード動作条件と曲げ損失の評価を行った．有限要素法による導波モード解析を行いこの波長帯で単一モード動作を実現できる導波路の幅と高さ，ULIによる屈折率増加量の条件を明らかにした．また，ビーム伝搬法を用いた曲げ損失の評価により，導波路構造や曲げ半径と曲げ損失の関係を明らかにした．この成果についてまとめた論文がThe Applied Computational Electromagnetics Society Journalに掲載された．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
カルコゲナイドガラスを使用したアストロフォトニクス用光集積回路を設計するための指針として，GLSガラス導波路とIG2ガラス導波路の基本的な導波特性を明らかにした．
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度の研究で明らかになったカルコゲナイドガラス光導波路の設計指針に基づいて具体的な光デバイスの動作特性の評価を行い，アストロフォトニクス用に仮集積回路で使用する高性能な光デバイスの設計指針を明らかにする．
具体的には，位相シフタ，方向性結合器，2分岐導波路，3分岐導波路といった光デバイスの動作特性の評価を検討する．
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