2次元フォトニック結晶を用いた光バッファ回路の開発

使用二维光子晶体的光缓冲电路的开发

• 批准号: 08J02242
• 负责人: 杉坂 純一郎
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J02242/
• 关键词: 光通信; バッファメモリ; フォトニック結晶; 導波路曲げ損失; 境界要素法; 光スイッチ; 光導波路

今年度は光バッファ回路の主要部分となるリング共振器の3次元電磁場解析を行った。リング導波路に光パルス列を長時間保持するには導波路の曲がり部分の放射損失を低減することが必要であるが、その放射光の厳密な解析には3次元電磁場解析を要し、また導波路長が長いことから大型計算機を用いても困難である。そこで、前年度に用いた境界要素法を3次元計算に拡張し、計算手法自体を薪たに開発した。この手法は、FDTD法等の一般的な汎用電磁場解析手法と異なり、電磁場がスラブからの放射角成分に展開された形で得られ、放射損失を解析する上で非常に都合が良い。この手法を用いて、スラブ上下面から放射するモードのフォトニックバンド図を計算した。計算を行うに当たって前年度に構築したクラスタにパソコンを増設し、十分なメモリ量が確保できるようにした。また計算速度の向上のため、GPUを追加しCUDAによる演算も可能にしている。通常のフォトニック結晶直線導波路はライトラインより低周波数側の光はスラブ上下面から放射しないことが保証されるが、計算の結果、フォトニック結晶円弧曲がり導波路にはライトラインより低周波側にも放射が存在することが示された。ただし、導波光との結合強度を解析すると、ライトラインより低周波側に存在する放射モードはエバネッセント波を介した非常に弱い結合であり、導波路曲率を小さくすることで放射損失が指数関数的に減少する計算結果が得られた。すなわち、この放射は光ファイバーや誘電体導波路等の一般的な導波路に存在する曲げ損失と同等のものである。最終的に、円弧曲がり導波路には一般的な導波路に存在する放射損失以外の強い放射は存在せず、一般の導波路と同等の低い損失と、フォトニック結晶特有の低群速度帯域を持つ有用な導波路であることを結論付けた。

This year, the main part of the <s:1> optical バッファ circuit <e:1> is the となるリ グ グ グ グ resonator <e:1>, and the three-dimensional electromagnetic field analysis を lines った. に リ ン グ guided wave road light パ ル ス column を long time す る に は の guided wave road curved が り part の を low radiation loss reduction す る こ と が necessary で あ る が, そ の ray の 厳 dense な parsing に は three dimensional electromagnetic field analytical を し, ま た guided wave road が long い こ と か ら large computer を with い て も difficult で あ る. そ こ で, before the annual に い た boundary element method を three dimensional calculation に company, zhang し, calculation methods of autologous を salary た に open 発 し た. こ の は, FDTD method, and other general の な domestic electromagnetic field analytical technique と different な り, electromagnetic field が ス ラ ブ か ら の radiation Angle composition に expand さ れ た form で must ら れ, radiation loss を parsing す る で very に on all match が い "good". こ の gimmick を with い て, ス ラ ブ on below か ら radiation す る モ ー ド の フ ォ ト ニ ッ ク バ ン ド 図 を computing し た. Count を う に when た っ て annual に before constructing し た ク ラ ス タ に パ ソ コ ン を rights set し, very な メ モ リ quantity が ensure で き る よ う に し た. The computing speed of また can be increased by <s:1> ため, and by adding <s:1> CUDAによる calculations to the GPUを, に て る る. Usually の フ ォ ト ニ ッ ク crystal straight road guided wave は ラ イ ト ラ イ ン よ り low cycle for lateral の light は ス ラ ブ on below か ら radiation し な い こ と が guarantee さ れ る が, computing の results, フ ォ ト ニ ッ ク crystallization has drifted back towards &yen; arc curved が り guided wave road に は ラ イ ト ラ イ ン よ り low-frequency side に も radiation が exist す る こ と が shown さ れ た. た だ し, guided wave と の bonding strength を parsing す る と, ラ イ ト ラ イ ン よ り low-frequency side に exist す る radiation モ ー ド は エ バ ネ ッ セ ン ト wave を interface し た very weak に い combining で あ り, guided wave road curvature を small さ く す る こ と で が index number of masato に to reduce radiation loss す る computing results ら が れ た. す な わ ち, こ の light radiation は フ ァ イ バ ー や body guided wave induced electricity, and other general の な of guided wave road に exist す る qu げ loss と equally の も の で あ る. Final に, has drifted back towards &yen; arc curved が り guided wave road に は general な guided wave road に す る exist strong radiation loss beyond の い radiation は せ ず, general の way guided wave と equal の low loss い と, フ ォ ト ニ ッ ク crystallization の special low group velocity 帯 domain を hold つ useful な guided wave road で あ る こ と を conclusion pay け た.

项目成果

境界要素法を用いたフォトニック結晶自由曲線導波路の最適化

边界元法优化光子晶体自由曲线波导

• 发表时间: 2009
• 作者: 南保正和;森進;伊丹健一郎;Daisuke Yamakawa;Daisuke Yamakawa;Daisuke Yamakawa;Daisuke Yamakawa;山川大亮;Jun-ichiro Sugisaka;Jun-ichiro Sugisaka;Jun-ichiro Sugisaka;杉板純一郎;Jun-ichiro Sugisaka;Jun-ichiro Sugisaka
• 通讯作者: Jun-ichiro Sugisaka

境界要素法によるフォトニック結晶円弧曲がり導波路のフォトニックバンド解析

利用边界元法对光子晶体弧形波导进行光子能带分析

• 发表时间: 2008
• 作者: 南保正和;森進;伊丹健一郎;Daisuke Yamakawa;Daisuke Yamakawa;Daisuke Yamakawa;Daisuke Yamakawa;山川大亮;Jun-ichiro Sugisaka;Jun-ichiro Sugisaka;Jun-ichiro Sugisaka;杉板純一郎;Jun-ichiro Sugisaka;Jun-ichiro Sugisaka;Jun-ichiro Sugisaka
• 通讯作者: Jun-ichiro Sugisaka

Demonstration of Flat-Band Structure of Two-Dimensional Photonic Crystal Directional Couple

二维光子晶体定向耦合平带结构演示

• 发表时间: 2009
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics 48
• 作者: 南保正和;森進;伊丹健一郎;Daisuke Yamakawa;Daisuke Yamakawa;Daisuke Yamakawa;Daisuke Yamakawa;山川大亮;Jun-ichiro Sugisaka
• 通讯作者: Jun-ichiro Sugisaka

Photonic Band Analysis of Photonic-Crystal Circular-Curved Waveguide

光子晶体圆曲波导的光子能带分析

• 发表时间: 2009
• 作者: 南保正和;森進;伊丹健一郎;Daisuke Yamakawa;Daisuke Yamakawa;Daisuke Yamakawa;Daisuke Yamakawa;山川大亮;Jun-ichiro Sugisaka;Jun-ichiro Sugisaka;Jun-ichiro Sugisaka;杉板純一郎;Jun-ichiro Sugisaka
• 通讯作者: Jun-ichiro Sugisaka

Development of curved two-dimensional photonic crystal waveguides

弯曲二维光子晶体波导的研制

• 发表时间: 2008
• 期刊: Optics Communications 281
• 作者: 南保正和;森進;伊丹健一郎;Daisuke Yamakawa;Daisuke Yamakawa;Daisuke Yamakawa;Daisuke Yamakawa;山川大亮;Jun-ichiro Sugisaka;Jun-ichiro Sugisaka
• 通讯作者: Jun-ichiro Sugisaka