ナノフォトニック集積システム構成要素としての新規フォトニック結晶アーキテクチャ

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フォトニック結晶光波回路やフォトニック結晶ファイバなどによるナノフォトニック集積システムの高性能化や新機能デバイスの実現のためには,微細な構造中を伝搬する光波の振舞いをあらかじめ理論的に予測できるシミュレーション技術が必要となる。本研究では,解析的理論と数値計算手法とを組み合わせた全く新しい高速・高信頼度のナノ構造フォトニックシミュレータを構築するとともに,本シミュレータを駆使し,従来のフォトニック結晶技術では実現し得ない新構造ナノフォトニック集積回路および新機能ナノフォトニックデバイスを提案することを目的として研究を進めた。具体的には,計算機負荷の比較的小さい解析的理論,すなわち,仮想境界法(Virtual Boundary Method, VBM)や多重散乱法(Multiple-Scattering Technique, MST)とナノ構造解析に特化した極めて汎用性の高い数値解析理論である有限要素法(Finite Element Method, FEM)を有機的に統合し,計算理論・解析設計シミュレータとしての高度化を図った.また,本シミュレータに感度解析プログラムを搭載し,構造トレランスのみならず,温度変動による特性劣化予測にも対応できる高速高信頼度のナノ構造フォトニックシミュレータを構築した.さらに,本シミュレータにより,フォトニック結晶導波路型分岐・分波回路やフォトニック結晶ファイバ型偏波無依存波長フィルタの新しい構成法を考案した。