2022 年度研究成果報告書

周波数依存型半陰的FDTD法の確立と導波路型THzデバイス設計への応用

研究課題

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研究課題/領域番号	19K04537
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関	法政大学
研究代表者	柴山純法政大学, 理工学部, 教授 (40318605)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード	FDTD法 / テラヘルツ波 / 表面プラズモンポラリトン / 表面プラズモン共鳴 / SPRセンサ
研究成果の概要	本研究の目的は2つある。ひとつは、半導体InSbの薄膜を持つテラヘルツ(THz)帯での導波路型デバイス設計のための半陰的有限差分時間領域(FDTD)法を開発することである。もうひとつは、開発した半陰的FDTD法を用いてTHz表面プラズモン共鳴(SPR)センサ、および偏光子を解析・設計することである。 2、3次元の半陰的FDTD法を開発した。従来の陽的FDTD法と比較して、計算精度を維持しつつ計算時間をそれぞれおおよそ30、20%に低減できた。偏光子の設計では、モードの干渉を利用せず、コアの両側面にInSb層を付加しプラズモンの励振によりTE波を減衰させて除去する新たなデバイスを提案した。
自由記述の分野	機能素子工学
研究成果の学術的意義や社会的意義	光波と電波の中間に存在するテラヘルツ(THz)波を用いた技術開発が進んでいる。本研究ではTHz波を利用した導波路デバイスの設計を効率よく行える半陰的FDTD法の開発と、開発したFDTD法を用いて種々のデバイスの設計を行った。計算時間を従来手法の20～30%にまで低減できたことから、極めて効率よいデバイス設計が可能になった。また、従来の干渉現象を用いた製造精度の要求される偏光子に対して、半導体層をコア両壁に設けた新たな偏光子を提案した。提案した偏光子では、特性が長さ方向に鈍感であり、高い製造精度がなくても良好な特性の得られる見込みが立った。