３次元ベクトル有限要素ビーム伝搬法による光回路のトポロジー最適設計に関する研究

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23560382
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 室蘭工業大学
• 研究代表者: 辻 寧英 室蘭工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70285518)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: トポロジー最適設計 / 光回路デバイス / 有限要素法 / ビーム伝搬法

研究概要

高速大容量光通信システム実現のための高性能光デバイスの自動最適設計法の確率を目指し，数値解析に有限要素法およびビーム伝搬法を用いた最適設計法の開発を行った．具体的に，設計領域内の構造の数値パラメータによる表現と構造の単純化についての検討，有限要素法の高精度化を目指しててアダプティブメッシュと高次要素についての検討，より大域的な最適解を効率的に見出すための最適化手法の検討を行った．これらの検討に基づき分岐素子，波長分離素子を始とする各種光デバイスの最適設計を行いその有効性を示した．

研究成果

• [雑誌論文] A study on optimization of waveguide dispersion property using function expansion based topology optimization method (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Goto, Y. Tsuji, T. Yasui, and K. Hirayama
  • 雑誌名: IEICE Transaction on Electronics 巻: Vol. E97-C, No.6(accepted for publication)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of polarization splitter with single-polarized elliptical-hole core circular-hole holey fibers (2014)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhang, Y. Tsuji, and M. Eguchi
  • 雑誌名: IEEE Photonics Technology Letters 巻: Vol. 26, No. 6 ページ: 541-543
  • DOI: 10.1109/LPT.2013.2296592
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of three-dimensional optical circuit devices by using topology optimization method with function- expansion-based refractive index distribution (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yasui, Y. Tsuji, J. Sugisaka, and K. Hirayama
  • 雑誌名: IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology 巻: Vol. 31, No. 23 ページ: 3765-3770
  • DOI: 10.1109/JLT.2013.2288107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of reflected radiation waves caused by large mode field and large refractive index mismatches on splice loss evaluation between elliptical-hole lattice core holey fibers and conventional fibers (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Eguchi and Y. Tsuji
  • 雑誌名: Journal of Optical Society of America B 巻: Vol. 30, No. 2 ページ: 410-420
  • DOI: 10.1364/JOSAB.30.000410
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single- polarization elliptical-hole lattice core photonic- bandgap fiber (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Eguchi and Y. Tsuji
  • 雑誌名: IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology 巻: Vol. 31, No. 1 ページ: 177-182
  • DOI: 10.1109/JLT.2012.2226867
  • 査読あり
• [雑誌論文] レベルセット法による導波管H面回路の導体形状最適設計 (2012)
  • 著者名/発表者名: 仲祐輔, 平山浩一, 安井崇, 佐藤慎悟, 辻寧英, 山崎慎太郎, 西脇眞二
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌 巻: Vol. J95-C, No. 7 ページ: 139-143
  • URL: http://ci.nii.ac.jp/naid/110009470642
  • 査読あり
• [雑誌論文] A study on topology optimization of optical circuits consisting of multi-materials (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Fujimoto, Y. Tsuji, K. Hirayama, T. Yasui, S. Sato, and R. Kijima
  • 雑誌名: IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology 巻: Vol. 30, No. 13 ページ: 2210-2215
  • DOI: 10.1109/JLT.2012.2195474
  • 査読あり
• [雑誌論文] Finite-element time-domain beam propagation method with perfectly matched layer for electron waveguide simulations (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Gotoh, M. Koshiba, and Y. Tsuji
  • 雑誌名: IEICE Electronics Express 巻: Vol. 8, No. 16 ページ: 1361-1366
  • DOI: 10.1587/elex.8.1361
  • 査読あり
• [雑誌論文] 重水中テーパーファイバーからのスーパーコンティニウム光パルスのスペクトルと位相の数値解析:テーパーウェスト長による影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 曽根宏靖, 原田康浩, 今井正明, 辻寧英, 中村真毅
  • 雑誌名: 光学 巻: Vol. 40, No. 8 ページ: 439-447
  • URL: http://osj-jsap.jp/publication/public/40-08-kenkyuronbun2.pdf
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design optimization of H-plane waveguide component by level set method (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Hirayama, Y. Tsuji, S. Yamasaki, and S. Nishiwaki
  • 雑誌名: IEICE Trans actions on Electronics 巻: Vol.E94-C, No.5 ページ: 874-881
  • DOI: 10.1587/transele.E94.C.874
  • 査読あり
• [学会発表] 有限要素法を用いた光デバイスのトポロジー最適設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 辻寧英, 加藤駿, 後藤裕之, 平山浩一, 安井崇
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 新潟市
  • 年月日: 20140318-21
• [学会発表] スラブ型フォトニック結晶の完全PBGに関する検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 野澤広大, 辻寧英
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 新潟市
  • 年月日: 20140318-21
• [学会発表] 自由空間法におけるNRW法と有限要素法による材料定数推定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平山浩一, 杉坂純一郎, 安井崇, 辻寧英
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 新潟市
  • 年月日: 20140318-21
• [学会発表] 低分散可変スローライトフォトニック結晶導波路のトポロジー最適設計 (2013)
  • 著者名/発表者名: 後藤裕之, 辻寧英, 安井崇, 平山浩一
  • 学会等名: 電気学会電子・情報・システム部門大会
  • 発表場所: 北見市
  • 年月日: 20130904-07
• [学会発表] スロット導波路光回路素子の関数展開法に基づくトポロジー最適設計 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤駿, 辻寧英, 安井崇, 平山浩一
  • 学会等名: 電気学会電子・情報・システム部門大会
  • 発表場所: 北見市
  • 年月日: 20130904-07
• [学会発表] 進化的アルゴリズムを用いた光回路デバイスの最適設計 (2013)
  • 著者名/発表者名: 張沢君, 加藤駿, 辻寧英, 安井崇, 平山浩一
  • 学会等名: 電気学会電子・情報・システム部門大会
  • 発表場所: 北見市
  • 年月日: 20130904-07
• [学会発表] フォトニック結晶入出力部最適化に関する一検 (2013)
  • 著者名/発表者名: 平山浩一, 安井崇, 杉坂純一郎, 辻寧英
  • 学会等名: 電気学会電子・情報・システム部門大会
  • 発表場所: 北見市
  • 年月日: 20130904-07
• [学会発表] 完全PBGを有するスラブ型フォトニック結晶に関する検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野澤広大, 後藤裕之, 辻寧英
  • 学会等名: 電気学会電子・情報・システム部門大会
  • 発表場所: 北見市
  • 年月日: 20130904-07
• [学会発表] フォトニック結晶ファイバを用いた偏波分離素子のFSMによる設計 (2013)
  • 著者名/発表者名: 張沢君, 辻寧英, 江口真史, 楕円空孔
  • 学会等名: 電気学会電子・情報・システム部門大会
  • 発表場所: 北見市
  • 年月日: 20130904-07
• [学会発表] 関数展開法に基づく3次元光導波路のトポロジー最適設計における関数系の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤駿, 辻寧英, 安井崇, 平山浩一
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告
  • 発表場所: 稚内市
  • 年月日: 20130718-19
• [学会発表] トポロジー最適化を用いたハイブリッド遺伝的アルゴリズムによる分散特性最適化の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 後藤裕之, 辻寧英, 安井崇, 平山浩一
  • 学会等名: 電磁界理論研究会
  • 発表場所: 稚内市
  • 年月日: 20130718-19
• [学会発表] 楕円ホールコア円形ホールホーリーファイバを用いた偏波分離素子の設計 (2013)
  • 著者名/発表者名: 張沢君, 辻寧英, 江口真史
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告
  • 発表場所: 稚内市
  • 年月日: 20130718-19
• [学会発表] A Study on Function Expansion Based Topology Optimization Method for Dispersion Property (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Goto, Y. Tsuji, T. Yasui, and K. Hirayama
  • 学会等名: 2013 International symposium on Electromagnetic theory (EMTS2013)
  • 発表場所: 広島市
  • 年月日: 20130520-24
• [学会発表] Numerical Analysis of Conical Horn with Dielectric Lens in Free-Space Method (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Tsutsumi, K. Hirayama, T. Yasui, and Y. Tsuji
  • 学会等名: 2013 International symposium on Electromagnetic theory (EMTS2013)
  • 発表場所: 広島市
  • 年月日: 20130520-24
• [学会発表] 遺伝的アルゴリズムに基づくトポロジー最適化による導波モード分散特性の最適化の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 後藤裕之, 辻寧英, 安井崇, 平山浩一
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 岐阜市
  • 年月日: 20130319-22
• [学会発表] 関数展開法に基づくトポロジー最適化における展開関数と構造簡単化に関する検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤駿, 辻寧英, 安井祟, 平山浩一
  • 学会等名: 電磁界理論研究会
  • 発表場所: 阿蘇市
  • 年月日: 20121115-17
• [学会発表] 関数展開法に基づくトポロジー最適化によるフォトニック結晶導波路デバイスの分散特性最適化に関する検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 後藤裕之, 辻寧英, 安井祟, 平山浩一
  • 学会等名: 電磁界理論研究会
  • 発表場所: 阿蘇市
  • 年月日: 20121115-17
• [学会発表] 誘電体レンズの特性評価と設計に関する検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平山浩一, 安井崇, 辻寧英
  • 学会等名: 電磁界理論研究会
  • 発表場所: 阿蘇市
  • 年月日: 20121115-17
• [学会発表] 関数展開法に基づくトポロジー最適化による波長分離デバイスの設計に関する検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤駿, 辻寧英, 安井祟, 平山浩一
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 20120726-27
• [学会発表] 関数展開法に基づくトポロジー最適化を用いた3次元光導波路設計における初期構造の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 木島涼輔, 安井崇, 辻寧英, 平山浩一
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 20120726-27
• [学会発表] 関数展開法に基づくトポロジー最適化によるスローライトフォトニック結晶導波路の設計と構造単純化に関する検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 後藤裕之, 辻寧英, 安井祟, 平山浩一
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 20120726-27
• [学会発表] 光回路デバイス最適設計のための関数展開法に基づくトポロジー最適化に関する検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 辻寧英, 木島涼輔, 佐藤慎悟, 安井崇, 平山浩一
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 岡山市
  • 年月日: 20120320-23
• [学会発表] 関数展開法に基づくトポロジー最適化による導波モード分散特性の最適化に関する検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 後藤裕之, 辻寧英, 平山浩一
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 岡山市
  • 年月日: 20120320-23
• [学会発表] 単一偏波単一モード楕円格子コアフォトニックバンドギャップファイバの設計 (2011)
  • 著者名/発表者名: 江口真史, 辻寧英
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告
  • 発表場所: 松江市
  • 年月日: 20111117-18
• [学会発表] 3次元光導波路デバイスのトポロジー最適設計における初期条件の検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 木島涼輔, 藤本幸太, 平山浩一, 辻寧英, 佐藤慎悟
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告
  • 発表場所: 北見市
  • 年月日: 20110721-22
• [学会発表] 波面整合法を利用した3次元光導波路デバイスの最適設計の検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 清水省吾, 瀬田純己, 平山浩一, 辻寧英, 佐藤慎悟
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告
  • 発表場所: 北見市
  • 年月日: 20110721-22
• [学会発表] レベルセット法による導波管H面T分岐回路の導体形状最適設計の検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 仲祐輔, 佐藤慎悟, 平山浩一, 辻寧英, 山崎慎太郎, 西脇眞二
  • 学会等名: 電磁界理論研究会
  • 発表場所: 北見市
  • 年月日: 20110721-22
• [学会発表] 結合係数が連続的に変化する方向性結合型光導波路デバイスの最適設計の検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 瀬田純己, 辻寧英, 平山浩一, 佐藤慎悟
  • 学会等名: 電磁界理論研究会
  • 発表場所: 北見市
  • 年月日: 20110721-22
• [学会発表] 多媒質からなる光回路および非相反光回路に対するトポロジー最適設計の検討 (2011)
  • 著者名/発表者名: 藤本幸太, 平山浩一, 佐藤慎悟, 辻寧英
  • 学会等名: 電磁界理論研究会
  • 発表場所: 北見市
  • 年月日: 20110721-22
• [備考]
  • URL: http://www3.muroran-it.ac.jp/yt-lab/