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光デバイスの完全自動最適設計システム構築に向けた導波路解析ソフトウェア技術の開発

开发波导分析软件技术构建光学器件全自动优化设计系统

基本信息

批准号：
22K20433
负责人：
森本佳太
金额：
$ 1.66万
依托单位：
University of Hyogo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20433/
关键词：
光デバイス光導波路電磁界解析有限要素法領域分割法

项目摘要

本年度は光導波路解析の効率化を目的として、散乱演算子に基づく新たな電磁界シミュレーション手法の開発を行った。一般的な散乱演算子による解析では入出力ポートがセットになったブロック構造を縦続に接続することで最終的な出力特性を評価するのが基本であるが、本研究では長方形に分割した解析領域の4面にポートを設け、4方向への構造接続を可能とするように解析手法の改良を行った。昨年度までに独自に開発してきた有限要素法をベースとした散乱演算子法は、任意の導波路構造をメッシュ分割して演算子化するため汎用性が高く、これを拡張し4ポート接続を実現することで、解析領域を縦横に分割した新たな領域分割型解析を実現している。具体的には、従来の有限要素法の境界処理に、伝搬演算子を使った境界条件を定式化し、連立一次方程式から各ポートの入出力電磁界を計算する散乱演算子を導出した。開放系の領域を扱うためには、数値計算上の解析領域端からの非物理的な反射を抑圧する必要があるが、解析領域を囲うようにポートを配置する場合には、隣接ポート間の不整合による不要界の出現が問題となる。そこで完全整合層を境界条件に併用し、散乱演算子を生成する過程で完全整合層を除去することで、問題を解消した。また各入出力ポートごとに対応する演算子を効率的に生成するため、界の補間にラグランジュ関数を用いるように改良を行った。汎用的に利用されている従来の有限要素法解析との比較検討により、十分な精度で解析を行うことが可能であることを確認した。また反射波が伴わない構造において効率的な解析が可能な緩慢変化包絡線近似を適用した効率的な有限要素法について、解析領域内で生じる反射波を考慮した解析を行えるように、新たに前進波と後退波を多重化した散乱演算子法の開発を行った。これにより領域分割型解析と従来の有限要素法等との結合解析が可能になることを示した。

This year, the purpose of improving the efficiency of optical waveguide analysis and the new method of scattering operators in the field of electromagnetic field are open to the public. The general calculation method of the calculation method is the analysis of the input and output force of the calculation method.ロックstructuralを縦続にcontinue続することでFinal output characteristicsをreview価するのがbase This research is based on the analysis field of rectangular division and the analysis field of 4 sides, the structural connection of 4 directions and the possibility of improvement of the analysis technique. Last year's unique open winding method, finite element method, scattered calculation method, arbitrary guide wave path structure, divided calculation method, and operator calculation method were used. It has high general-purpose use, and it has high versatility, The field of analysis is divided horizontally and divided into new areas. The field of analysis is divided into new areas. Specifically, the finite element method is used for boundary processing, the boundary conditions of the transfer operator are formalized, and the continuous linear equations are calculated for each input and output of the electromagnetic field, and the scattered calculation operator is derived. The field of the open system is open, the analytical field of numerical calculation is the end of the non-physical reflection, the pressure is suppressed, and the solution is necessary. Analyze the configuration of the field, the configuration of the area, the non-integration of the adjacent areas, and the problems that arise when the boundaries are not met. The fully integrated layer is used together with the boundary conditions, the random operator is generated and the process is fully integrated, the layer is removed, and the problem is solved. Each input and output force is generated by the efficient operatorめ、kai no tweening にラグランジュ Offense number を Improved を行った with いるように. Commonly used finite element method analysis and comparison using the finite element method, very accurate analysis and analysis, possible and confirmation. It is possible to solve the problem of reflection wave structure and efficient finite element method using slow changing envelope approximation. In the field of analysis, the reflection wave is generated and reflected wave is considered. It is possible to use domain segmentation type analysis, limited element method, etc. and combined analysis to show the possibility.