光通信について

光導波路アレイにおける
光波伝搬ダイナミクスに関する研究
山口東京理科大学工学部・電気工学科
吉田博行
1
研究の目的

本研究では今まで解析がほとんど行われていな
い構造の導波路アレイや，導波路の本数が多い
導波路アレイについて解析を行い，新しい物理
現象の発見およびデバイスへの応用を目的にし
ている．
2
研究の仕方

エバネッセント効果により光導波路アレイ中を
伝搬する光を離散型結合波導方程式で表し，そ
れを数値解析ソフトmathematicaによるシミュ
レーションで解析している．
3
光導波路とは!?
4
光導波路とは!?

光学的な特性をもつ物質を用いて作成された，
光を伝送する物

光デバイスや光集積回路用の光導波路

光ファイバ
コア
y
クラッド
被膜
z
x
光ファイバの概念図
光導波路の概念図
5
光導波路構造
(a) 埋込み導波路
(b) リブ導波路
(c) リッジ導波路
光導波路構造の概念図
6
エバネッセント効果とは!?
7
エバネッセント効果
導波路Ⅰ
導波路Ⅱ
エバネッセント効果の概念図(光の入射光側から見た場合）
8
エバネッセント効果
約1～5μｍ
約5～10μｍ
エバネッセント効果の概念図（側面から見た場合）
9
結合方程式と計算モデルー計算モデルー
C1 (0)
C 2 ( 0)
z
二本の光導波路で構成された光導波路アレイの概念
図
10
結合方程式と計算モデルー計算式ー
[導波路Ⅰの計算式]
i
dC1 (z)
2
 {β  γ C1 (z) }C1 (z)  ΚC2 (z)  0
dz
[導波路Ⅱの計算式]
dC2 (z)
2
i
 {β  γ C2 (z) }C2 (z)  ΚC1 (z)  0
dz
C1(z)：一本目の光導波路を伝搬する光の振幅
C2(z)：二本目の光導波路を伝搬する光の振幅
β：各導波路の伝搬定数
γ：各導波路の非線形係数
K：導波路間の結合係数
11
結合方程式と計算モデルー光導波路二本の結合ー
1.2
p1
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
p2
0
1
2
3
4
5
Kz
二本の導波路のうち導波路1本を励起した場合の伝搬特性
12
円形配置光導波路アレイー計算モデル
ー
CN
C1
C2
•••
C N -1
円形状に配置した光導波路の概念図
•••
•••
•••
Cj
•••
z
螺旋状グレーティングを持つ光導波路アレイの概念図
13
円形配置光導波路アレイー線形光導波路
ー
0 .5
2.5
0 .4
2
pj
(a ) Kz d  1.7
(b) Κz d  0.9
0 .3
1.5
0
.25
1.25
p j 0 .21
0
.15
0.75
0 .1
0.5
0 .3
1.5
0 .2
1
0 .1
0.5
0
m K  0.05, z0  20, z p  1
0 .4
2
0
.
35
1.75
0
.05
0.25
50
100
150
200
Κz
基本波
(b)
0
20
40
60
80
100
120
Κz
高調波で誘起される回転モード
(a)
14
最後に

光導波路アレイをビームスプリッターや光スイ
ッチ・分子吸着センサなどへ応用できる解析結
果も出てきている

興味のある人はぜひ研究室まで遊びに来てくだ
さい
15

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