ビーム伝搬法を活用した光導波路素子のためのトポロジー最適設計手法の汎用化

光束传播法光波导器件拓扑优化设计方法推广

• 批准号: 19J14709
• 负责人: 井口 亜希人
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Muroran Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J14709/
• 关键词: 光導波路; ビーム伝搬法; 構造最適設計

世界的な通信トラヒック量の増大により、さらなる高速・大容量な光通信システムが要請されている。それに伴い、光信号の処理に利用される光回路の極限までの小型化・低損失化が要求されている。近年、光回路の回路要素設計には数値計算を活用した構造最適化が積極的に利用されているが、限られた開発期間で多様な検討を行うために、計算効率の高い最適設計法が求められている。本研究は、計算効率が非常に高い光回路の数値解析技法であるビーム伝搬法を活用した構造最適化法の汎用化を目的として、１）双方向ビーム伝搬法を活用した構造最適化法、２）フルベクトルビーム伝搬法を活用した形状・トポロジー最適設計法、について検討し、これらの設計手法の適用範囲を検証した。初期検討として、２次元双方向ビーム伝搬法を活用した光導波路の最適設計ソルバを作成した。本研究の科研費により購入した計算機を利用して最適化計算を行い、モード次数変換器などの２次元近似設計を通して提案設計手法の妥当性・有用性を確認することができた。この成果は１回の国際会議および2回の国内全国大会にて報告した。また、購入の計算機は超小型なプラズモニックデバイス設計にも活用し、その成果はIEICE Electronics Expressに報告した。その後、提案設計手法を、より実際的な３次元設計問題に対応可能とするため、３次元双方向ビーム伝搬法を活用した光導波路の最適設計ソルバを作成し、引き続き有効性の検証を行っている。これらの研究と並行して、フルベクトルビーム伝搬法を活用した感度計算に基づく新たな形状・トポロジー最適設計法を開発した。素子構造が長手方向に緩やかに変化するデバイスの設計に本設計手法が有効であることを確認できたため、この研究成果をIEEE Journal of Lightwave Technology誌に報告した。

The world 's な communication トラヒッ <s:1> volume <s:1> is increasing によ, and さらなる high-speed and large-capacity な optical communication システムが requires されて る る る. Youdaoplaceholder0 accompanied by それに, optical signal <s:1> processing に utilizes the される optical circuit <s:1> limit まで, <s:1> miniaturization and low loss が requirements されて る る る. の circuit elements in recent years, optical circuit design に は the numerical computing を use し た structure optimization が positive に using さ れ て い る が, limit ら れ た で many others during open 発 な 検 line for を う た め に, high rate of unseen の い optimum design method が め ら れ て い る. が は, this study calculate working rate very high に い light circuit の the numerical analytical techniques で あ る ビ ー ム を 伝 move method use し た structure optimization method の domestic chemical を purpose と し て, 1), the two sides to ビ ー ム 伝 を moving method use し た structure optimization method, the 2) フ ル ベ ク ト ル ビ ー ム 伝 を moving method use し た shape, ト ポ ロ ジ ー optimal design method, に つ い て し 検 please, Youdaoplaceholder2 れら <s:1> design approach <e:1> application scope 囲を検 proof た. Early beg と 検 し て, 2 yuan to both ビ ー ム 伝 を moving method use し た optical wave road の optimum design ソ ル バ を made し た. This study の KeYanFei に よ り buy し た computer を using し て optimization calculation を い, モ ー ド number - changer な ど の 2 dimensional approximate design を tong し て proposal design gimmick の adequacy, usefulness を confirm す る こ と が で き た. Review the results of および 1 international conference および2 domestic national conferences にて reports た た. ま た, buy の computer は subminiature な プ ラ ズ モ ニ ッ ク デ バ イ ス design に も appropriate し, そ の results は IEICE Electronics Express に report し た. そ の, proposal design gimmick を, after よ り be interstate な 3 dimensional design problem に 応 seaborne may と す る た め, 3 dimensional both sides to ビ ー ム 伝 を moving method use し た optical wave road の optimum design ソ ル バ を make し, lead き 続 き have sharper sex の 検 line card を っ て い る. こ れ ら の research と parallel し て, フ ル ベ ク ト ル ビ ー ム を 伝 move method use し た sensitivity calculation に base づ く new た な shape, ト ポ ロ ジ ー optimum design method of open を 発 し た. Element structure が long hands direction に slow や か に variations change す る デ バ イ ス の が に this design methods to design have sharper で あ る こ と を confirm で き た た め, こ の research を IEEE Journal of Lightwave Technology tzu に report し た.

项目成果

Ultra-small shape-simplified optical diode derived from topology optimal design in plasmonic waveguide

• DOI: 10.1587/elex.16.20190598
• 发表时间: 2019-11
• 期刊: IEICE Electron. Express
• 作者: A. Iguchi;Yasuhide Tsuji

Efficient Shape and Topology Optimization Based on Sensitivity Analysis for Optical Waveguide Devices Utilizing Full-Vectorial BPM

• DOI: 10.1109/jlt.2020.2964781
• 发表时间: 2020-04
• 期刊: Journal of Lightwave Technology
• 影响因子: 4.7
• 作者: A. Iguchi;Yasuhide Tsuji;T. Yasui;K. Hirayama

Structural optimization with sensitivity analysis for optical waveguide devices utilizing bi-directional beam propagation method

利用双向光束传播方法对光波导器件进行结构优化和灵敏度分析

• 发表时间: 2019
• 作者: Akito Iguchi;Yasuhide Tsuji
• 通讯作者: Yasuhide Tsuji

散乱演算子に基づく双方向BPMを活用した周期構造を有する光導波路素子の構造最適設計

基于散射算子的双向BPM周期性结构光波导器件结构优化设计

• 发表时间: 2020
• 作者: Iguchi Akito;Tsuji Yasuhide;井口亜希人，辻 寧英
• 通讯作者: 井口亜希人，辻 寧英

散乱演算子に基づく双方向BPMを用いた光導波路素子の構造最適設計に関する検討

基于散射算子的双向BPM光波导器件结构优化设计研究

• 发表时间: 2019
• 作者: Akito Iguchi;Yasuhide Tsuji;井口亜希人，辻 寧英
• 通讯作者: 井口亜希人，辻 寧英