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2023 年度 実施状況報告書

次世代光回路要素のための双方向ビーム伝搬法の性質を活用した高速設計基盤の構築

研究課題

研究課題/領域番号 22K14296
研究機関室蘭工業大学

研究代表者

井口 亜希人  室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 助教 (00872996)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード双方向ビーム伝搬法 / 有限要素法 / 数値電磁界解析 / 光導波路
研究実績の概要

近年,爆発的に増大する通信需要に対応するため,通信ネットワークの根幹である光通信システムのさらなる高速化・大容量化・低消費電力化が要請されている.そのような背景のもと,電磁波・光信号の処理システムにおける最も基本的な要素である電磁波・光回路デバイスの極限までの小型化・高性能化が追及されている.回路要素の設計において,数値シミュレーションによる検討は不可欠な工程となっている.デバイスの最適設計では,デバイス構造の局所的な変化と数値シミュレーションを何度も繰り返して要求を満たす構造を見出す.新規デバイスの開発にあたり,納期の限られた設計現場などで要求された機能を満足するようなデバイスを速やかに見出すために,最適設計のさらなる効率化・高速化が求められている.本研究は,高速最適設計基盤の確立を目的として,数値計算手法として双方向ビーム伝搬法に着目し,本計算手法の特徴を活用した最適化法の開発を目指している.
本年度は,はじめに,双方向ビーム伝搬法を活用した最適化法の有効性の調査を行った.調査の一環として,完全導体板で挟まれた誘電体線路のためのフルベクトル双方向ビーム伝搬法を新たに開発し,既存の解析手法との比較を通して,特に長手方向に一様な構造を多く含む回路素子や周期性のある素子に対して有効であることを見出した.本成果は国内学会で報告し,その後,論文として取りまとめ,国内英文雑誌に掲載が決定した.また,研究の続報を国際会議で報告予定である.

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

本年度は,主に双方向ビーム伝搬法を活用した最適化法に関する検討を行うにあたり,3次元光導波路解析のための双方向ビーム解析法を新たに開発し,その妥当性を確認した.今後はデバイスをいくつかの部分領域に分割し,それぞれの領域の伝搬行列の保存・再利用を活用して,特に周期性のあるデバイスなどの設計問題において双方向ビーム解析法を活用した最適設計手法が有効であることを確認する予定である.

今後の研究の推進方策

構造最適設計の効率化のため,双方向ビーム伝搬法の効率化に関する検討を行う共に,伝達行列の計算並列性および計算結果の再利用に基づく光回路デバイスの構造最適化法を構築する.散乱行列に基づく双方向ビーム伝搬解析において,設計する光回路デバイスの最小要素の伝搬特性を散乱行列としてあらかじめ計算・保存し,これらを再利用して構造最適化を進める方法を構築し,具体の設計問題を通して有効性の検証を行う.次に,上の最適化手法のさらなる汎用性向上を目指して,双方向ビーム伝搬法と散乱行列基づくFEMの結合解法を新たに開発する.本結合解法と上の最適化手法を融合させ,任意の導波路形状が含まれる場合の設計を取り扱えるようにする予定である.

次年度使用額が生じた理由

国内学会の出張旅費に関して,当初予定から出張日程に変更が生じたため,その差額分の残額が生じた.未使用分は来年度の学会参加登録費に充てる予定である.

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Function expansion based topology optimization of NRD guide device using hybrid method of harmony search and gradient method2023

    • 著者名/発表者名
      Hieda Naoya、Iguchi Akito、Tsuji Yasuhide、Morimoto Keita、Kashiwa Tatsuya
    • 雑誌名

      IEICE Electronics Express

      巻: 20 ページ: 20230012

    • DOI

      10.1587/elex.20.20230012

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 共分散行列適応進化戦略と関数展開法を用いた光デバイスのトポロジー最適設計2023

    • 著者名/発表者名
      丸山 皓貴、井口 亜希人、辻 寧英、柏 達也
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌

      巻: J106-C ページ: 172~179

    • DOI

      10.14923/transelej.2022STP0001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficient optimal design of mosaic-like PPDW devices for THz application using the adjoint variable method2023

    • 著者名/発表者名
      Patwary Md. Iquebal Hossain、Iguchi Akito、Tsuji Yasuhide
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 31 ページ: 16593~16593

    • DOI

      10.1364/OE.490232

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Full-Vectorial Bidirectional Beam Propagation Method for Nonradiative Dielectric Waveguides2023

    • 著者名/発表者名
      Ahn Hyunuk、Iguchi Akito、Morimoto Keita、Tsuji Yasuhide
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 11 ページ: 80115~80122

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2023.3299168

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 伝搬演算子を活用した有限要素法による光導波路解析の効率化2023

    • 著者名/発表者名
      森本 佳太、井口 亜希人、辻 寧英
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌

      巻: J106-C ページ: 291~298

    • DOI

      10.14923/transelej.2022JCI0021

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 周期境界条件を適用した有限要素法ベースの双方向固有モード伝搬法によるメタサーフェスの解析2024

    • 著者名/発表者名
      木谷優冶,松崎泰輝,井口亜希人,辻 寧英
    • 学会等名
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
  • [学会発表] 効率的な光導波路解析のためのアダプティブ参照波数を用いたPUFEMに関する研究2024

    • 著者名/発表者名
      松崎泰輝,井口亜希人,辻 寧英
    • 学会等名
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
  • [学会発表] 非線形光学デバイスのトポロジー最適設計に関する基礎的検討2024

    • 著者名/発表者名
      平尾 勇晴,井口亜希人,辻 寧英
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
  • [学会発表] 光デバイス解析のための全方位的に領域接続可能な有限要素法に基づく散乱行列法2024

    • 著者名/発表者名
      森本 佳太,榎原 晃,井口亜希人,辻 寧英
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
  • [学会発表] 緩慢変化包絡線近似有限要素法による効率的な光導波路の双方向伝搬解析に関する検討2024

    • 著者名/発表者名
      高満 裕己,森本 佳太,榎原 晃,井口亜希人,辻 寧英
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
  • [学会発表] 関数展開法の多媒質への拡張と磁性メタサーフェス最適設計の基礎的検討2024

    • 著者名/発表者名
      谷口 美緒,井口亜希人,辻 寧英
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
  • [学会発表] 3次元双方向ビーム伝搬法によるNRDガイドの非対称性に起因するモード結合の評価2024

    • 著者名/発表者名
      安 賢旭,井口亜希人,森本 佳太,辻 寧英
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
  • [学会発表] PUFEMを用いた効率的な3次元光導波路解析に関する検討2024

    • 著者名/発表者名
      松崎 泰輝,井口亜希人,辻 寧英
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
  • [学会発表] ベイズ最適化を用いたNRDガイドスタブ型フィルタの設計2023

    • 著者名/発表者名
      風間啓佑,井口亜希人,辻 寧英,森本佳太,柏 達也
    • 学会等名
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
  • [学会発表] 非対称コア磁性フォトニック結晶ファイバを用いた光アイソレータの設計2023

    • 著者名/発表者名
      李 聖博,井口亜希人,辻 寧英,張 沢君
    • 学会等名
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
  • [学会発表] THz帯NRDガイドを用いたロジックゲートのトポロジー最適設計2023

    • 著者名/発表者名
      風間啓佑,古森隼矢,井口亜希人,辻 寧英
    • 学会等名
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
  • [学会発表] NRDガイド解析のための3次元フルベクトル双方向ビーム伝搬法2023

    • 著者名/発表者名
      安 賢旭,井口亜希人,森本佳太,辻 寧英
    • 学会等名
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
  • [学会発表] 非線形光学効果を利用した光デバイスのトポロジー最適設計に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      平尾勇晴,井口亜希人,辻 寧英
    • 学会等名
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
  • [学会発表] 一方向伝搬磁性メタサーフェスの自動最適設計に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      谷口美緒,井口亜希人,辻 寧英
    • 学会等名
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
  • [学会発表] A study on circuit components based on single-mode sub-wavelength grating NRD guide2023

    • 著者名/発表者名
      K. Kazama, A. Iguchi, and Y. Tsuji
    • 学会等名
      PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] A study on sub-wavelength grating nonradiative dielectric waveguide for single mode transmission2023

    • 著者名/発表者名
      K. Kazama, A. Iguchi, Y. Tsuji
    • 学会等名
      XXXXVth URSI General Assembly and Scientific Symposium (URSI GASS 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Optimal design of photonic devices using coordinate transformation finite element beam propagation method2023

    • 著者名/発表者名
      H. Chen, T. Kimura, A. Iguchi, and Y. Tsuji
    • 学会等名
      XXXXVth URSI General Assembly and Scientific Symposium (URSI GASS 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Function expansion based topology optimization utilizing Bayesian optimization2023

    • 著者名/発表者名
      M. I. H. Patwary, A. Iguchi, Y. Tsuji, and T. Kashiwa
    • 学会等名
      XXXXVth URSI General Assembly and Scientific Symposium (URSI GASS 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Topology optimization of optical and millimeter-wave circuit devices using finite element method and function expansion method2023

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsuji, A. Iguchi, K. Morimoto, T. and Kashiwa
    • 学会等名
      XXXXVth URSI General Assembly and Scientific Symposium (URSI GASS 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] 3次元双方向ビーム伝搬法を用いた誘電損失を考慮したNRDガイドの解析2023

    • 著者名/発表者名
      安 賢旭, 井口 亜希人, 森本 佳太, 辻 寧英
    • 学会等名
      令和 5年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会
  • [学会発表] A study on magneto-metasurface for THz isolator2023

    • 著者名/発表者名
      M. Taniguchi, A. Iguchi, and Y. Tsuji
    • 学会等名
      XXXXVth URSI General Assembly and Scientific Symposium (URSI GASS 2023)
    • 国際学会
  • [備考] 室蘭工業大学研究者データベース

    • URL

      https://rdsoran.muroran-it.ac.jp/html/200000200_ja.html

URL: 

公開日: 2024-12-25  

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