マイクロ波・光回路における結合モード理論とその応用に関する研究

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06452242
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 安元 清俊 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 教授 (60037926)
• 研究分担者: 前田 洋 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 助手 (50264073)
• キーワード: 多層・多導体線路 / 光導波路 / 結合モード理論

研究概要

多層・多導体線路系に対する結合モード理論、非線形光ファイバカプラに対する結合モード方程式、グレーティングを装荷した方向性結合器の結合モード理論について研究を行い、以下の成果及び知見を得た。
1.電磁界の相反定理を基にした結合モード理論を用いて、積層型の結合マイクロストリップ線路の定式化を行い、スペクトル領域イミッタンス法を援用した数値計算の手続きを明らかにした。また、具体的な数値例を示して、提案した計算手続きによれば、複数の導体線路が多層にまたがって結合する場合も、一つの導体線路に対する計算と同程度の計算時間で効率的に精度良く解析できることを実証した。
2.非線形光ファイバカプラに関しては、ベクトルモードを基にした非線形結合モード方程式を解析的に導出した。この方程式は線形結合係数、非線形自己位相変調係数、及び非線形交差位相変調係数を使って記述されている。数値例により、光パワーの出力ポートがスイッチされるとき、非線形交差位相変調効果のために出力光の偏波状態も同時にスイッチされることを初めて明らかにした。
3.周期の異なったグレーティングが二重に装荷された三本の光導波路から構成される方向性結合器を提案し、結合器の波長選択性を結合モード理論を用いて解析した。前年度の結果を基にして豊富な数値実験を行い、提案した方向性結合器が単一グレーティングを装荷した二本の導波路からなる従来の方向性結合器に比べて、非常に優れた波長選択性を有することを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Kiyotoshi Yasumoto: "Coupled-mode analysis of power-transfer characteristics in a three-waveguide nonlinear directional coupler" Journal of Optical Society of America B. Vol.13 No.3. 621-627 (1996)
• [文献書誌] Kiyotoshi Yasumoto: "Coupled Mode Analysis of Nonlinear Optical Fiber Directional Coupler" Proceedings of 1996 China-Japan Joint Meeting on Microwaves. 44-47 (1996)
• [文献書誌] Kiyotoshi Yasumoto: "Coupled-Mode Analysis of an Asymmetric Nonlinear Directional Coupler" Journal of Lightwave Technology. Vol.14 No.4. 628-633 (1996)
• [文献書誌] Kiyotoshi Yasumoto: "Coupled-Mode Formulation of Multilayered and Multiconductor Transmission Lines" IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. Vol.44 No.4. 585-590 (1996)
• [文献書誌] Kiyotoshi Yasumoto: "Numerical Analysis of Dielectric Waveguide Transitions Using a Fourier Series Expansion Method" 1996 Progress In Electromagnetic Research Symposium Proceedings. 572 (1996)
• [文献書誌] Kiyotoshi Yasumoto: "Coupled Mode Theory of Nonlinear Fiber Coupler Based on Full-Wave Formulation" 1996 Korea-Japan Joint Conference on Electromagnetic Theory and Compatibility Proceedings. 66-69 (1996)
• [文献書誌] Koki Watanabe: "A Novel Perturbation Analysis of Coupled Optical Waveguides" Proceedings of the 1996 International Symposium on Antennas and Propagation. 629-632 (1996)
• [文献書誌] Mayumi Matsunaga: "Coupled Mode Analysis of Coupled Multiconductor Microstrip Lines" Proceedings of the 1996 International Symposium on Antennas and Propagation. 273-276 (1996)
• [文献書誌] Koki Watanabe: "A Novel Coupled-Mode Formulation Based on Singular Perturbation Technique" Research Reports on Information Science and Electrical Engineering of Kyushu University. Vol.1 No.1. 24-30 (1996)
• [文献書誌] Kiyotoshi Yasumoto: "Numerical Analysis of Transition and Discontinuities in Optical Waveguides" 1996 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings. 647-650 (1996)
• [文献書誌] Kiyotoshi Yasumoto: "Coupled-Mode Analysis of Coupled Multiple Microstrip Lines" IEICE Transactions on Electronics. Vol.E80-C,No.2. 1-6 (1997)