3次元光導波路不連続部の等価回路による解析－断面電磁界分布の連続性の検討

摘要

光通信では光ファイバと光集積回路は重要な要素である。 特に光集積回路を設計する上で受動回路部分の電磁界理論にのっとった合理的な解析設計理論の構築は、大変有意義である。 本研究では、マイクロ波平面回路の概念を光周波数に拡張して光平面回路の平面回路方程式を応用し、導波路幅の違う3次元光導波路不連続構造について動作解析を行う。具体的には、1. 光平面回路方程式より導出された横方向等価回路による3次元光導波路固有モード解析；2. 固有伝送モードにより定義された進行方向多線条伝送線路および不連続部での多開口理想変圧器に基づく進行方向等価回路の導出；3. 本等価回路に基づく動作解析と解析結果の検討(1)透過·反射電力および放射電力の収束性；(2)考慮モード数の増加による電磁界分布の連続性；また、本研究での解析構造は、基板層(MgF{sub}2:N{sub}1＝1.38)、導波路層(PMMA:N{sub}2＝1.49）、空気層(Air:N{sub}3＝1.0)の3層で構成される強い閉じ込め構造（図1）で、横方向においては導波路中心に対称の回路を考え、対称面（電気壁·磁気壁）を仮定することにより、対称型導波路構造の解析を行う。 また、連続スペクトルの離散化を計るために上下、左右に金属壁を設置した構造となつている。不連続構造の解析については、一様導波路の解析結果を利用し、入力幅(＃A)20μmで固定、出力幅(＃B)を変化させて解析を行っていく（図2）。