差分形時間領域ビーム伝搬法の高性能化と光回路素子解析への応用

差分时域光束传播方法的性能改进及其在光路元件分析中的应用

• 批准号: 14750314
• 负责人: 柴山 純
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Hosei University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750314/
• 关键词: ビーム伝搬法; 時間領域解析; FD-TD法; 交互方向陰解法; グレーティング; 偏光依存性; 高精度差分式; パデ近似

高精度差分式に基づく時間領域ビーム伝搬法(TD-BPM)を開発し、差分法に基づくTD-BPMで初めてTMモードの解析が行えるようになった。まず、TEモードに加え、TMモードを高精度に扱うため、4次精度差分式をTD-BPMに組み込んだ。時間方向の計算精度をも高めるために、(2,2)次のパデ近似を時間軸の離散化に適用した。その際、交互方向陰解法を利用することでマトリックスのバンド幅を従来手法と同様の3項に抑え、効率の良い計算が可能になるように工夫を凝らした。本手法の時間方向の打切り誤差を導出し、計算精度の理論的考察も加えた。本手法の計算時間を評価するために、交互方向陰解法を用いない手法も定式化し、比較を行った。その結果、本手法では、計算精度を維持しながら1桁から2桁の計算時間の短縮を実現できた。本手法を2種類の反射問題に適用した。まず、レーザーダイオードの端面反射の問題としてしばしば用いられる導波路構造を解析した。屈折率差の大きなモデルにもかかわらず、広い波長帯域に渡って、TE、TMモードとも解析的な手法から得られた結果とほとんど一致した。次に、波長フィルターに用いられる導波路グレーティングの反射スペクトラムを計算した。4次精度差分式の効果により、グレーティングの1周期を僅か4点のサンプリングで計算の可能であることを明らかにした。従来広く用いられている差分時間領域(FD-TD)法に比べて僅か1/3の計算時間で、同等の計算結果の得られることも明示した。

High precision differential に base づ く time domain ビ ー ム 伝 move method (TD - BPM) を open 発 し, difference method に づ く TD - BPM で early め て TM モ ー ド の parsing line が え る よ う に な っ た. ま ず, TE モ ー ド に え, TM モ ー ド を high-precision に Cha う た め, 4 accuracy fraction を TD - BPM に group み 込 ん だ. The calculation accuracy of the time direction <s:1> is を high めるために, (2,2) times <s:1> パデ approximate を the time axis <s:1> discretization に is applicable to た た. を そ の interstate, interactive direction Yin method using す る こ と で マ ト リ ッ ク ス の バ ン ド picture を 従 to technique と with others の three に え suppression, good working rate の い calculation が may に な る よ う に time を coagulation ら し た. The investigation of the <s:1> error of the <s:1> time direction <e:1> cutting of this technique を leads to the を and the theoretical study of the calculation accuracy <e:1> plus えた. This method involves the calculation time を evaluation 価するために, the negative solution method of the interaction direction を, the <s:1> な <s:1> method of <s:1> formalization を, and the comparison を line った. Youdaoplaceholder0 そ results, this method で た, calculation accuracy を maintains <s:1> ながら1 ら2 <s:1> <s:1> calculation time <e:1> is shortened を actual occurrence で た た た. This technique を2 types of <s:1> reflection problems に are applicable to <s:1> た. ま ず, レ ー ザ ー ダ イ オ ー ド の end reflection の problem と し て し ば し ば with い ら れ る guided wave road construction を parsing し た. Inflectional rate differential の big き な モ デ ル に も か か わ ら ず, hiroo 帯 い wavelength domain に crossing っ て, TE and TM モ ー ド と も parsing な gimmick か ら must ら れ た results と ほ と ん ど consistent し た. に, wavelength フ ィ ル タ ー に with い ら れ る guided wave road グ レ ー テ ィ ン グ の reflection ス ペ ク ト ラ ム を computing し た. Four accuracy fraction の unseen fruit に よ り, グ レ ー テ ィ ン グ の 1 cycle を か only 4 の サ ン プ リ ン グ で calculation の could で あ る こ と を Ming ら か に し た. 従 to hiroo く with い ら れ て い る finite difference time domain method (FD TD) に than べ て か only one-third で の calculation time, the same の computing results ら の れ る こ と も express し た.

项目成果

Jun Shibayama: "An Iterative Time-domain beam-propagation method for the wide-band analysis of optical circuits"Third International Conference on Scientific Computing and Applications. 75-76 (2003)

Jun Shibayama：“用于光路宽带分析的迭代时域光束传播方法”第三届科学计算与应用国际会议。

Jun Shibayama: "A finite-difference time-domain beam-propagation method for TE- and TM-wave analyses"IEEE Journal of Lightwave Technology. 21・7. 1709-1715 (2003)

Jun Shibayama：“用于 TE 和 TM 波分析的有限差分时域光束传播方法”IEEE 光波技术杂志 21・7 (2003)。

Jun Shibayama: "Improved time-domain beam-propagation method with highly accurate finite-difference schemes in time and Space"IEEE/OSA Integrated Photonics Research. IThH1-1-IThH1-3 (2002)

Jun Shibayama：“在时间和空间上采用高精度有限差分方案改进了时域光束传播方法”IEEE/OSA 集成光子学研究。

Jun Shibayama: "Design of a bent waveguide coupler for wavelength demultiplexing by the three-dimensional beam-propagation method"7th Optoelectronics and Communications Conference. 358-359 (2002)

Jun Shibayama：“通过三维光束传播方法进行波长解复用的弯曲波导耦合器的设计”第七届光电子与通信会议。

Jun Shibayama: "Design of a wavelength demultiplexer based on a bent waveguide coupler using the three-dimensional beam-propagation method"IEICE Transaction on Electronics. E86-C・5. 765-770 (2003)

Jun Shibayama：“使用三维光束传播方法的基于弯曲波导耦合器的波长解复用器的设计”IEICE Transaction on Electronics E86-C·5（2003）。