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高速大容量通信のための高性能な光デバイスを設計するため、関数展開法を用いた３次元光導波路デバイスのトポロジー最適化について検討を行った。3次元設計を効率化するために、改良等価屈折率法を提案し2次元近似設計の精度を高め、それを初期構造とした効率的な最適化が可能であることを示した。また、伝搬方向に比較的構造変化が緩やかで反射波が無視できる場合に対して緩慢変化包絡線近似有限要素法を提案しその有効性を示した。ADI法に基づくセミベクトル有限差分ビーム伝搬法に基づく最適設計に関する検討を行い、いくつかの設計例を示すとともに、フルベクトル有限要素ビーム伝搬法の安定化を図り最適設計への応用可能性を示した。
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