非線形方向性結合器の理論と導波路型光デバイスへの応用に関する研究

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04650344
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 安元 清俊 九州大学, 工学部, 教授 (60037926)
• 研究分担者: 横田 光広 宮崎大学, 工学部, 助教授 (40191506)
• キーワード: 光導波路 / 光パワーフィルタ / 非線形方向性結合器

研究概要

対称構造及び非対称構造の非線形方向性結合器(NLDC)の光スイッチング機能、光パワーフィルタ機能、及び光増幅機能について、数値解法と結合モード理論を援用した解析を行い、以下の成果及び知見を得た。
1.NLDCの有力な数値解法として、光波の微小伝搬ステップ毎に非線形屈折率を逐次補正しながら差分型ビーム伝搬法を適用する手法を提案し、実際の数値解析を通して、その有効性を示した。この手法は、前年度に開発した直交選点法に比べて、入射光の強度に関係なく安定な数値解が得られるという利点を有している。
2.特異摂動法に基づいたNLDCの結合モード理論を展開し、線形結合係数と非線形位相変調係数を適正に評価すれば、広範囲のNLDCの諸特性はこれら2つの係数だけを含んだ簡便な結合モード方程式で記述できることを明らかにした。また、線形結合係数と非線形位相変調係数の解析的な表現式を与えた。
3.非線形導波路と線形導波路から構成される非対称NLDCが、入出力ポートを適当に選択することにより、帯域通過型あるいは帯域阻止型のパワーフィルタとしての機能を持つことを明らかにした。また、このNLDCの一方の導波路に微弱な制御光を入射させることにより、パワーフィルタリングの中心パワーを制御できること及びこのNLDCがパルス変調器として利用できることも示した。
4.三つの非線形導波路から成る対称NLDCは臨界電力の近傍において急峻な入出力特性を持ち、その光スイッチング機能及び光増幅機能が通常の対称NLDCよりも優れていることを明らかにした。
5.波長選択性を持ったNLDCに対する基礎研究として、グレーディングが装荷された非線形導波路における光波の伝搬特性を究明した。

研究成果

• [文献書誌] Mitsuhiro Yokota: "Guided Transverse-Magnetic Waves Supported by a Weakly Nonlinear Slab Waveguide" Journal of Optical Society of America B. Vol.10. 1096-1101 (1993)
• [文献書誌] Mitsuhiro Yokota: "TE and TM Waves in the Nonlinear Slab Waveguides" Digest of 1993 URSI Meeting. 295- (1993)
• [文献書誌] Hiroshi Maeda: "Optical Power Filter Using the Asymmetric Nonlinear Directional Coupler" Abstract of XXIVth General Assembly of URSI. 161- (1993)
• [文献書誌] Kiyotoshi Yasumoto: "Coupled-Mode Formulation of a Symmetric Nonlinear Directional Coupler21GC04:Proceedings of 3rd International Symposium on Antennas and EM Theory" 203-206 (1993)
• [文献書誌] Mitsuhiro Yokota: "Properties of Input Nonlinear Grating Couplers" Optical Society of America,Nonlinear Guided Wave Phenomena Technical Digest. Vol.15. 112-115 (1993)
• [文献書誌] Kiyotoshi Yasumoto: "Coupled-Mode formulation of Nonlinear Directional Coupler" 1993 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings. Vol.2. 5-8 (1993)
• [文献書誌] 前田 洋: "非線形結合層を持つ対称方向性結合器の数値解析" 九州大学工学集報. Vol.66. 493-498 (1993)
• [文献書誌] Kiyotoshi Yasumoto: "Coupled-Mode Analysis of Two-Parallel Circular Dielectric Waveguides Using a Singular Perturbation Technique" Journal of Lightwave Technology22GD08:Vol.12. 74-81 (1994)
• [文献書誌] Hiroshi Maeda: "Numerical Analysis of a Symmetric Nonlinear Directional Coupler" IEICE Transactions on Electronics. E76-C(in the press). (1994)
• [文献書誌] Kiyotoshi Yasumoto: "Numerical Analysis of an Asymmetric Nonlinear Directional Coupler" to be published in IEICE Transactions on Electronics.