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

点击翻译按钮获取中文摘要

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.