情報通信フォトニクス研究室

集積フォトニクス

  コア（幹線）系，メトロ（都市間）系，アクセス（加入者）系と，ネットワークの光化が進み，さらにはコンピュータのボード内やチップ内にも光が入りつつあります．そこで，こうした光化に対応するための超小型光回路をフォトニック結晶やシリコン細線で構成する研究を行っています． スロット導波路 スロット導波路では，高屈折率媒質に挟まれたサブ波長スケールの低屈折率層に光が強く閉じ込められます．こうした特異な性質を活用し，非線形光学効果の増強やバイオセンサへの応用研究が盛んに行われています．本研究室では，高密度集積化を目的とし，スロット導波路の曲げや交差構造の検討を行っています． 位相変調のための光論理ゲート 光論理ゲートは，光ルータを実現するための必要不可欠な光デバイスです．ところで最近では，受信感度を改善し，伝送容量を拡大するために位相変調方式の採用が望まれています．しかしながら，光の強度が論理値に対応している従来型の光論理ゲートでは，位相変調された信号をそのまま演算処理することができないという問題が生じます．そこで本研究室では，BPSK信号のための，入射光の位相を論理値に対応させた光論理ゲートの提案を行っています． 偏波制御デバイス シリコン細線導波路のような高屈折率差導波路では，強い偏波依存性が存在します．この偏波依存性を制御するために，偏波スプリッタと偏波変換器で構成された偏波ダイバーシティシステムが提案されています．本研究室では，高効率かつ小型な偏波スプリッタおよび偏波変換器の検討を行っています． 結合共振器導波路 結合共振器導波路は，スローライト効果により極めて遅い群速度を実現し，バンドの中心において群速度分散を低減できることから，非線形光学効果増強への応用が期待されています．本研究室では，モードギャップ閉じ込めに基づく１次元フォトニック結晶結合共振器導波路を用いることにより，さらなる非線形特性の向上目指しています．   プラズモニック導波路 表面プラズモンポラリトン（SPP）導波路は，回折限界を超えて光を狭い領域に閉じ込めることができるため，チップ内配線などへの応用が期待されています．本研究室では，SPP導波路の基本特性を解明するとともに，超微小光デバイスへの応用検討を行っています．   LNOI光導波路 ニオブ酸リチウム(LiNbO3，LN)は，優れた電気光学定数，音響光学定数および非線形光学定数を有しており，光変調器などの光通信用デバイスの材料として使用されています．最近，LNの製造技術の進展により，高い屈折率差を有したLNOIに基づく光導波路を作製することが可能となりました．本研究室では，LNOIに基づく光導波路の基本特性を明らかにするとともに，LNの特殊な性質を生かした偏光子の提案を行っています．    

有限要素法

  近年，光デバイスの複雑化・微小化にともなって3次元解析を行わなくてはならない状況が格段に増えてきています．そこで本研究室では，有限要素法に基づく高性能光導波路・共振器解析ソフトウェアの開発を行っています．また，高性能化を目的とし，解析領域端からのスプリアス反射抑圧のための完全整合層，計算効率改善のためのアダプティブメッシュの生成技術など，様々な数値計算技術を導入しています． 導波路不連続問題のための3次元ベクトル有限要素法 一様ではない導波路形状を含む光導波路型デバイスや光導波回路などを解析・設計する場合には，導波路不連続解析を行う必要があります．導波路不連続解析のための有限要素法は，従来，入射解をモード展開法に基づく解析的関係式により算出する方法が一般的でありましたが，十分な精度を得るためには計算コストを要するといった問題がりました．その後，導波路不連続領域に接続される一様導波路を完全整合層に置き換えることにより，モード展開を不要とした有限要素法が開発されたものの，2次元解析に留まっていました．そこで本研究室では，導波路の高さ方向も考慮した構造を取り扱える，導波路不連続問題のための3次元ベクトル有限要素法を開発しています． 共振器問題のための3次元ベクトル有限要素法 フォトニック結晶光共振器やプラズモニック共振器のような光ナノ共振器は，低消費電力光スイッチ，微小レーザ，高感度バイオセンサなどを実現する上でのキーデバイスです．本研究室では，共振器問題のための3次元ベクトル有限要素法を開発しています． 周期構造解析のための3次元ベクトル有限要素法 結合共振器導波路やグレーティング導波路のような周期構造を用いると，光を遅くするといったことや，伝搬モード変換を行うことができるため，光デバイスを実現するためには欠かせない構造です．本研究室では，周期構造のための3次元ベクトル有限要素用を開発しています． 微細構造光ファイバ設計のためのフルベクトル有限要素法 フォトニック結晶ファイバのような微細構造光ファイバは，広帯域にわたる単一モード動作，分散制御性，低曲げ損失などといった優れた性質を有しています．このような微細構造光ファイバは，構造が複雑であることが多いため，要素を細かく分割する必要があります．本研究では，円形状への適用性に優れた曲辺エッジノーダルハイブリッド要素に基づく固有モード解析ソルバを開発しています． その他の有限要素法ソルバ 曲げり導波路解析のための円筒座標系に基づく2次元ベクトル有限要素法 有限要素法を用いた時間領域ビーム伝搬法 有限要素法を用いたビーム伝搬法 有限要素法を用いた虚軸ビーム伝搬法 応力解析のための有限要素法 非線形光波解析のための有限要素法