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分野別の課題

グレーティングカプラの理論設計・最適化による逆設計手法

グレーティングカプラの設計原理

グレーティングカプラは、光ファイバとシリコン基板上のSOI導波路を効率的に結合するためのデバイスです。
基板導波路に回折格子状の適切な周期構造を与えることによって、光ファイバから入射した光を基導波路板内に回折させ、光を結合します。
グレーティングカプラの設計では、入射光はファイバモードとなるため、モード分布を考慮した設計が必要です。 これを考慮するために、回折格子の特性を局所的に変調させ、実効屈折率分布とモード分布を整合させる方法(アポダイゼーション)が取られます。

Lumericalの最適化手法

アポダイゼーションを考慮したグレーティングカプラは、多くの設計パラメータを持つため最適化による設計が有効です。
本事例では、基本的な理論に基づいたグレーティングカプラの設計方法、および、これを初期値として更なる改善のためにLumerical最適化機能を使用した設計方法を紹介します。 Lumericalの最適化モジュールlumoptはPythonをインターフェースとして最適化機能を提供します。 多様な最適化アルゴリズムと、スクリプトベースでの目的関数や制約関数の定義により自由度の高い最適化を実現できます。
本事例では、回折格子の最小エッチング幅に対して制約を設けることにより、理論設計構造よりも製造性の高いグレーティングカプラ構造を最適化により導出します。

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