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。

今年，我们对环谐振器进行了3D电磁场分析，这是光缓冲电路的主要部分。为了将光脉冲序列固定在环形波导中很长时间，有必要减少波导弯曲部分的辐射损失，但是对辐射光的严格分析需要3D电磁场分析，而长波导长度使得很难使用大型计算机。因此，将上一年中使用的边界元素方法扩展到三维计算，并使用柴火开发了计算方法本身。与一般通用电磁场分析方法（例如FDTD方法）不同，该技术是通过将电磁场从平板扩展到辐射角分量中获得的，这对于分析辐射损失非常方便。使用此技术，计算了从板的上部和下表面辐射的模式的光子带图。在执行计算时，我们将计算机添加到了上一年构建的集群中，从而可以确保足够的内存。此外，为了提高计算速度，添加了GPU以使用CUDA启用计算。尽管正常的光子晶体线性波导可以确保光线的下频侧的光不会从平板的上部和下表面发出光，但计算表明，光子晶体弧形波导在光线的下频侧也具有辐射。但是，当分析与引导光的耦合强度时，光线下部频率侧存在的辐射模式是通过evaneScent波的非常弱的耦合，并获得了计算结果，其中通过减少波导曲率来大致降低辐射损失。也就是说，这种辐射等同于一般波导中存在的弯曲损耗，例如光纤和介电波导。最后，我们得出的结论是，除了一般波导中存在的辐射损耗外，弧形弯曲的波导没有强大的辐射，并且是有用的波导，低损耗与普通波导和低基团速度带相当于光子晶体。

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

Demonstration of a photonic crystal directional coupler switch with ultra short switching length

超短开关长度光子晶体定向耦合器开关演示

• 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;Jun-ichiro Sugisaka
• 通讯作者: Jun-ichiro Sugisaka