2000 Fiscal Year Annual Research Report
集積光デバイス設計支援のための新型ビーム伝搬法の開発と高性能化に関する研究
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12750285
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
辻 寧英 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70285518)
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| Keywords | ビーム伝播法 / 有限要素法 / 光導波路解析 / 伝搬光解析 / 固有モード解析 / 虚軸伝搬法 / ベクトル双方向固有モード伝搬法 / ベクトル波解析 |
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| Research Abstract |
光デバイスの設計・開発に実際に使える,高精度・高速計算が可能な新しいビーム伝搬(BPM)法を開発することを目的として研究を進め,本年度は,下記に示すとおり,特に3次元光導波路に対するベクトル波解析を中心に,BPMによる固有モード評価,および導波路不連続を含む構造の取り扱いを可能にした.
横方向の解の離散化にエッジ/ノーダルハイブリッド要素を用いたベクトル有限要素法を考え,高次要素(1次接線成分,2次法線成分)の適用を行い,曲辺要素まで含めた取り扱いを可能にした.
光導波路の伝送特性を知る上で最も基本的なことは,伝送方向に構造が変化しない導波路の固有モードを知ることである.ここでは,固有モード解析の一手法として,BPMの伝搬軸を虚軸方向に設定した虚軸BPMを開発するとともに,解析領域の外側に完全整合層(PML)を置くことにより,光が完全にコアに束縛された導波モードのみならず、漏れ波をともなうリーキーモードの取り扱いも可能にした.,
一般にBPMでは反射波を考慮することが困難であるため,ここでは、有意な反射波が生じる導波路不連続部に他の手法を用いたた結合解法を考え,双方向固有モード伝搬法(BEP),有限要素法の2つについて検討を行った.まず,これまで2次元解析に用いられてきたBEP法を3次元解析へ適用可能にするため,モード展開にベクトルFEMを用いたベクトルBEPを開発した、次に,任意形状への適用性に優れた3次元FEMを考え,導波路入出力部で従来必要であったモード展開を必要としない新たなFEMの開発を行った.これにより,反射波の取り扱いが可能になった.
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