2007 Fiscal Year Annual Research Report
赤外・可視光領域のメタマテリアルの高精度数値シミュレーションとデバイス設計
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17560029
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
COLE James B. University of Tsukuba, 大学院・システム情報工学研究科, 准教授 (20280901)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷田貝 豊彦 宇都宮大学, オプティクス教育研究センター, 教授 (90087445)
蔡 東生 筑波大学, 大学院・システム情報工学研究科, 准教授 (70202075)
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| Keywords | 応用光学 / 量子デバイス光工学 / フォトニック結晶 / メタマテリアル / Mie散乱 / 光スイッチ |
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| Research Abstract |
メタ物質や分散のある物質からできた構造(例えば、回折格子)の光学的特徴を計算することは難しい。構造は有限で対象性のない場合Maxwell方程式の解析解が存在しないため数値計算が必要となる。時間領域差分法(FDTD)アルゴリズムは任意の構造を取り扱うことができるが分散性がある場合、FDTDにRecursive Convolution(RC)に加えて、計算量が非常に重くなるだけではなくて、数値的不安定性も出てしまう場合が多い。デバイスの設計は二次元の計算で十分ことが多い。
二次元の計算量も重いが、TEモードの場合、計算量を大幅に減らすことに成功した。(無限平面波を照らすと、電磁ベクトル(E)が入射面に垂直の場合はTEモードという)TEモードでは、誘電率が局所的に変わっていっても、電界は波動方程式に支配され磁界と電界を独立的に計算することができる。我々は新しい波動方程式のRC-FDTDアルゴリズムを開発した。FDTDにRCを加えると物理的分散モデルを使う必要があるが、モデルのパラメターをうまく選ばないと数値的不安定性がでる。TEモード、TMモード(Eは入射面に並行)、RC-FDTDアルゴリズムの安定性を分析した。不安定性が出てこない条件を見出した。周波数によって、モデルパラメターの最適化方法を見つけ、従来のRC-FDTDアルゴリズムより精度が高い数値的に安定なアルゴリズムを開発した。無限に周期的パターンを近似して解析解に比べて、アルゴリズムの高精度を確認した。
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Research Products
(2 results)
