ホイヘンスの原理に基づくマクスウェル方程式の高速解法を用いた3次元フォトニック結晶光デバイスの解析

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15760246
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 中 良弘 熊本大学, 自然科学研究科, 助手 (30305007)
• Keywords: フォトニック結晶 / 光導波路 / 光回路素子 / 時間領域差分法

Research Abstract

本年度は3次元光導波路解析用のシミュレータを構築するためにパーソナルコンピュータを複数台用いた並列処理システムを構築した。解析手法は時間領域差分法を用い、計算領域端に必要となる吸収境界条件としてPerfectly Matched Layer(PML)吸収境界を用いた。
まず本システムの精度を検証するため、近似解が得られているリブ型導波路の解析を行った。ここでは、界分布および等価屈折率を求め、近似解と一致することを確認した。次に本システムを利用し2次元フォトニック結晶で構成される光導波路、鋭角曲がり導波路、分岐導波路の特性解析を行った。光導波路の解析においては導波モード解析を行い、シングルモード動作帯域を求めた。ここでは導波中の進行波と後進波が結合することによりカットオフ領域が生じることを示し、その結果シングルモード領域が現れることを確認した。次にこのシングルモード領域で動作するマイクロキャビティを利用した曲がり導波路、分岐導波路の解析を行った。ここでは共鳴トンネリング現象を利用することにより、光路変換および分岐が無損失で行えることを示した。また、マイクロキャビティ単体の特性を調べ、それを等価回路で表現することで、無損失な光路変換および分岐の動作周波数が調整可能であることを示した。

Research Products

• [Publications] 中 良弘, 生野浩正: "フォトニック結晶導波路の基本特性とその光信号処理回路への応用"輻射科学研究会資料. RS03-04. 1-15 (2003)
• [Publications] 中 良弘, 生野 浩正: "共振器を有する2次元フォトニック結晶光回路素子の特性解析"電気学会電磁界理論研究会資料. EMT-03-86. 13-18 (2003)
• [Publications] 中 良弘, 生野 浩正: "共振器を利用した2次元フォトニック結晶光回路素子の特性解析"電子情報通信学会技術報告. OPE2003-145. 13-18 (2003)
• [Publications] 中 良弘, 生野 浩正: "フォトニック結晶曲がり光導波路の基本特性解析(III)"2003年電子情報通信学会ソサイェティ大会論文集. C-1-7. 7 (2003)
• [Publications] 中 良弘, 生野 浩正: "共振器を用いた2次元フォトニック結晶直角曲がり光導波路の導波特性解析"平成15年度電気関係学会九州支部連合大会論文集. 01-2P-17. 01-2P-17 (2003)
• [Publications] 中 良弘, 生野 浩正: "フォトニック結晶分岐導波路の特性解析と設計"2004年電子情報通信学会総合大会論文集. SC-1-5. S33-S34 (2004)