Trapezoidal recursive convolution 法を導入した周波数依存型LOD-FDTD 法によるプラズモン導波路デバイスの解析

摘要

局所的1次元法に基づくFDTD 法を，台形則を用いたrecursive convolution 法を導入することで周波数依存型に拡張し，種々のプラズモン導波路デバイスの解析に応用する．はじめに定式化を行った後，畳み込み積分の計算が1度で済むTRC 法が2度の畳み込み積分を要するPLRC 法と同等の精度を有することをDrude モデルで表される金属クラッド光導波路の解析を通して明らかにする．次に，プラズモン導波路グレーティング（PWG）のサイドローブ抑制について検討を行う．PWG にアポダイズ又はチャープを施すことで，効果的にサイドローブが抑制できることを明示する．最後に，PWG の一部に欠陥を導入した微小共振器を取り上げる．金属に挟まれた中空コアの幅を変化させることで，共振波長の可変特性が得られることを見出す．%The implicit finite-difference time-domain (FDTD) method based on the locally one-dimensional (LOD) scheme is extended to a frequency-dependent version with the help of a trapezoidal recursive convolution (TRC) technique and the extended method is applied to the analysis of plasmonic waveguide devices. After formulating the TRC-LOD-FDTD, we analyze a metal cladding optical waveguide expressed in the Drude model. It is revealed that the TRC technique requiring a single convolution integral yields the numerical accuracy comparable to that of the PLRC technique with two convolution integrals. Next, we investigate the sidelobe suppression in a plasmon waveguide grating (PWG). It is shown that the use of an apodized and a chirped grating leads to a significant reduction in the sidelobes. Finally, we analyze a plasmonic microcavity in which a defect section is introduced into the PWG. By changing the width of the air core region, we obtain tunable characteristics of the resonance wavelength.