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

支持集成光学器件设计的新型光束传播方法的开发和性能改进研究

• 批准号: 12750285
• 负责人: 辻 寧英
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750285/
• 关键词: 光導波路; ビーム伝搬法; 有限要素法; ソーキーモード; フォトニック結晶; 完全整合層; 虚軸ビーム伝搬法; 時間領域ビーム伝搬法; ビーム伝播法; 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

光導波路解析・設計を効率的に行うための有限要素法(FEM)に基づく新しいビーム伝搬法(BPM)の開発を行った.ここでは,通常の周波数領域のBPMの他,固有モード解析を行うための虚軸BPM,パルスの時間解析を行うための時間領域BPMをそれぞれ2次元,3次元解析に対して開発した.周波数領域のBPMでは通常反射波を考慮できないが,ここでは,導波路不連続部に双方向固有モード伝搬法(BEP)あるいは,周波数領域のFEMを用い,これをBPMと組み合わせることにより,反射波の取り扱いを可能としている.また,BPMとの整合性を良くするため,従来FEM解析の入出力導波路の取り扱いに必要とされていたモード展開を完全整合層(PML)条件で置き換えた新しいFEMも開発している.この新しいFEMはモード展開が本質的に因難な問題への適用も容易で,フォトニック結晶(PC)光波回路の解析にも適用可能である.固有モード解析用の虚軸BPMでは,解析領域端にPMLを用いることにより,導波モードのみならず漏洩モードの解析を容易に解析可能としている.漏洩モードの解析では,反復計算により境界条件を収束させる方法も報告されていたが,本手法では反復計算を必要としないため計算効率が大幅に改善される.また,PMLを非一様領域に対しても適用可能とし,曲がり導波路の曲げ損失の評価を可能としている.時間領域解析BPMでは,特にPC回路への適用を考え,PC回路用の高性能なPMLを開発した.これにより従来報告されていたPMLよりも広い帯域にわたって良好な吸収特性を実現している.

Finite Element Method (FEM) for Optical Wavepath Analysis and Design and Development of BPM In this case, the BPM in the usual frequency domain is different from the BPM in the imaginary axis, and the BPM in the time domain is different from the BPM in the 2D and 3D. BPM in the frequency domain is usually reflected waves. BEP is a bi-directional inherent method (BEP) in the discontinuous part of the waveguide. BPM in the frequency domain is used in FEM. BPM in combination with BEP is usually reflected waves. BPM is a good integration method, and it is necessary to select the input force waveguide for FEM analysis. This new FEM is easy to apply to the analysis of crystal (PC) light wave circuits, and it is possible to apply it to the analysis of crystal (PC) light wave circuits. The virtual axis BPM for inherent analysis is easy to analyze, and the PML is easy to analyze at the end of the analytical domain. The leakage analysis is repeated to calculate the boundary condition and the method is reported. The calculation efficiency is greatly improved by this method. PML is not applicable to a single domain, but it is possible to evaluate the loss of a waveguide. Time domain analysis BPM, especially for PC loop applications,PC loop applications for high performance PML development. This is a good way to report on the absorption properties of PML in the media.

项目成果

M.Koshiba: "High-performance absorbing boundary conditions for photonic crystal waveguide simulations"IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 11. 152-154 (2001)

M.Koshiba：“光子晶体波导模拟的高性能吸收边界条件”IEEE 微波和无线组件快报。

M.Koshiba and Y.Tsuji: "Curvilinear Hybrid Edge/Nodal Elements with Triangular Shape For Guided-Wave Problems"IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology. 18. 737-743 (2000)

M.Koshiba 和 Y.Tsuji：“用于导波问题的三角形曲线混合边缘/节点单元”IEEE/OSA 光波技术杂志。

Y.Tsuji: "Finite element method using port truncation by perfectly matched layer boundary conditions for optical waveguide discontinuity problems"IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology. 20. (2002)

Y.Tsuji：“通过完美匹配的层边界条件使用端口截断的有限元方法解决光波导不连续问题”IEEE/OSA 光波技术杂志。