Browsing by Author "蕭惠心"

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利用Ge2Sb2Te5結合布拉格反射器設計具可調式窄頻雙波長之熱輻射發射器
(2023) 何柏緯; Ho, Po-Wei
本論文旨在利用頂層金屬光柵結合雙層的鍺/二氧化鈦分散式布拉格反射器結合相變化材料之混合堆疊結構來研究中紅外波段(5~15微米)的雙波長窄頻熱輻射發射器。首先，使用光學薄膜厚度公式設計工作在波長為4微米的分散式布拉格反射器結構，接著利用模擬軟體設計金屬光柵於雙層的鍺/二氧化鈦分散式布拉格反射器上，分別分析在入射光極化方向平行於與垂直於光柵周期下的共振模態與頻譜特徵。最後，使用黃光製程來完成樣品的製作，並利用傅里葉轉換紅外光譜量測比對實驗與模擬結果是否吻合。在入射光極化方向平行於光柵周期時，鍺/二氧化鈦分散式布拉格反射器結構同時激發出三種共振模態，包含Gap-cavity mode、MG mode波導模態與Hybridized Gap-cavity mode。而在TM極化下，則激發出侷域在頂層鍺層的波導模態、侷域在底層鍺層的波導模態與侷域表面電漿子共振。藉由模擬計算，我們系統性分析這些共振模態的光學特性，包含光柵結構與上層GST膜厚對這些共振模態的頻譜響應、改變入射光角度的影響等，並製作出一系列具不同金屬光柵線寬與上層GST厚度的樣品來驗證理論結果，最後成功設計出具結構與極化可調性、低角度相依性之雙波長窄頻可調式的熱輻射發射器，未來期望應用於提高分子感測應用之靈敏度與準確性。
基於連續譜中準束縛態之窄頻高靈敏度折射率感測器
(2022) 許怡謙; Hsu, Yi-Chien
本論文研究在玻璃基板上設計具有非對稱性的週期性奈米結構陣列，激發其連續光譜中的準束縛態，探討樣品在不同的環境折射率下所產生的共振位移特性，成功實現高靈敏度之近紅外波段感測器。此結構由兩個不對稱的非晶矽(Amorphous silicon，a-Si)長方柱所組成，通過改變成對奈米長方柱的旋轉角來破壞結構的平面對稱性，以激發連續光譜中的準束縛態，同時具環形磁偶極矩和電四極矩共振特徵，並在局部環境的折射量測到具有超高靈敏度變化。本文從模擬計算深入探討結構基於不同的旋轉角度，高度與壁直對共振光譜所產生的影響，並探討藉由模擬增加材料損耗k時不同旋轉角度下的頻譜差異，再利用電子束微影製程製作樣品。在靈敏度的測試上，我們分別在樣品上旋塗三種不同折射率的材料，在結構高度為450 nm下，實驗與模擬測得之靈敏度和品質因數達到608 nm/RIU和46與612 nm/RIU和85。本論文研究之連續譜中基於準束縛態的高品質因子生物感測器利用介電材料之奈米結構在穿透光譜中有特徵共振，隨著環境折射率不同而位移，造成穿透光譜中特徵共振位移及環境折射率改變之特性，故可應用於偵測氣體與液體之生物感測，亦或者可以利用radiation continuum中的BIC作為完美濾波器。
多波長與圓極化窄頻紅外光熱輻射之設計
(2021) 許博庭; Xu, Bo-Ting
本論文研究工作於中紅外波段(4-10μm)的熱輻射元件，基於金屬/介電質/金屬三明治堆疊結構，探討不同的金屬線寬大小與介電質材料之折射率對於熱輻射波長的調控，成功實現多波長熱輻射發射器。此雙層三明治結構由不對稱十字形金屬結構結合二氧化矽與二氧化鈦兩種介電材料交錯堆疊所組成，首先經由模擬計算設計來金屬/介電質/金屬共振腔中的磁共振波長，此雙層不對稱十字形堆疊結構可激發多個侷域型表面電漿子共振，並在x和y偏振光入射下，具不同的共振模態與頻譜特徵；再藉由黃光製程製作出樣品，根據實驗結果成功量測到五個窄頻熱輻射發射峰，並由於侷域型表面電漿子共振的特性使得量射所得之熱輻射不具色散並展現其偏振相依性，可藉由偏振片來調控發射波長。此外，由於具左右旋圓極化熱輻射發射器有助於在分子化學鍵的旋性分析檢測，基於金屬/介電質/金屬堆疊結構設計，本文從模擬計算深入探討上層矩形金屬天線在不同厚度的介電質層下，天線結構參數對應的相位變化，並優化出兩組最佳效率具有圓極化之紅外熱輻射發射器。本論文研究之多波長與圓極化中紅外熱輻射發射器可作為光源整合至中紅外波段光學檢測系統中，提供檢測多波段紅外輻射信號、提升分子識別的準確性並可應用於特定旋性分子檢測。
概念圖在國中歷史教材的運用
(國立臺灣師範大學歷史學系, 2008-06-??) 蕭惠心
概念圖在國中歷史教材的運用
(國立臺灣師範大學歷史學系, 2008-06-??) 蕭惠心
概念構圖在國中歷史教學的理論與實踐--以台灣史為例
(2007) 蕭惠心
歷史教學若無法整合教材中的史實、概念和原理原則，則只是零碎片斷的歷史知識而已。使用概念構圖教學法，目的即在明確地將教材內容由點到線到面，系統地建構成完整的歷史知識體系。本研究應用概念圖理論，將歷史教材編製成歷史概念圖，依照歷史學科的內涵特質分為三大類：一、聯結相關概念的概念圖，如蜘蛛網圖及階層圖。二、時間順序的鏈形概念圖，如因果鏈圖及演進圖。三、鋪陳歷史事實知識的概念圖，如魚骨圖及T形圖。每一種圖形都各自代表知識的特殊結構，學生在學習時，可依適當的圖形結構來引導思考步驟，以期有助於理解、摘要、分析概念、整合思考、建構系統的知識體系。本教學實驗程的設計與實施，是以學生對概念構圖教學內涵及熟練度為主軸，將教學實驗活動分為：探索期、訓練期和成熟期。分別針對學生的起點行為、學習反應、及教師的教學目標做不同的搭配設計、建構出歷史概念構圖的教學模式。最後，並提出相關的結論及建議。
水平環型磁偶矩超穎材料
(2020) 劉艾音; Liu, Ai-Yin
環型磁極矩(toroidal dipole)由甜甜圈型的表面電流所產生的環型磁場，屬於第三類的多極矩展開元素。由於自然界中環形矩材料訊號微弱難以被測量，因此一般常被忽略。過去有許多研究利用超穎材料的設計以產生環型磁極矩，但這些設計往往需要複雜的奈米結構或特殊的激發光源才能有效激發環型矩共振並同時削弱電磁多極矩。在本論文中，我們透過三維的週期性矽奈米圓柱結構成功得產生環極矩，與以往不同的是，此結構可經由垂直入射的光源來激發平行於基板的環形偶極矩，此外介電材料能降低材料本身的損耗，同時簡單的奈米結構降低了製程上的困難。在本文中，首先我們透過有限元素法來模擬計算矽奈米圓柱的頻譜響應，並利用多極矩展開進行模態分析，並探討各個結構的幾何參數對於多極矩的影響，以最佳化設計出能環型矩超穎材料。接著，利用電子微影術來製作設計好的矽奈米圓柱，其量測光譜與模擬計算結果十分相符，顯示我們成功實現了環型矩超穎材料。由於環形矩共振具強近場與低遠場輻射的特性，未來極具潛力應用於高敏感度的生醫感測器、非線性光學等應用。
結合金屬光柵於鍺/二氧化鈦Tamm電漿態結構之多波長窄頻熱發射器研究
(2021) 黃楚涵; Huang, Chu-Han
本論文旨在利用上層金屬光柵結合雙層的鍺/二氧化鈦分散式布拉格反射器之混合堆疊結構來研究中紅外波段(3~9μm)的多波長熱輻射發射器。首先，使用光學薄膜厚度公式設計工作在波長為4 μm的分散式布拉格反射器結構，接著利用模擬軟體設計金屬光柵於雙層的鍺/二氧化鈦分散式布拉格反射器上，分別分析在入射光極化方向平行於與垂直於光柵周期下的共振模態與頻譜特徵。最後，使用黃光製程來完成樣品的製作，並利用傅里葉轉換紅外光譜量測比對實驗與模擬結果是否吻合。在入射光極化方向平行於光柵周期時，複合式Tamm plasmon結構同時激發出三種共振模態，包含hybridized Tamm plasmon電磁態、間隙模態與侷域在中間鍺層的波導模態。而在TM極化下，則激發出hybridized Tamm plasmon電磁態、侷域在頂層鍺層的波導模態、侷域在底層鍺層的波導模態與侷域表面電漿子共振。藉由模擬計算，我們系統性分析這些共振模態的光學特性，包含光柵結構與上層鍺膜厚對這些共振模態的頻譜響應、改變入射光角度的影響等，並製作出一系列具不同金屬光柵間距與上層鍺厚度的樣品來驗證理論結果，最後成功設計出具結構可調性、低角度相依性之三波長窄頻的熱輻射發射器，未來期望應用於提高分子感測應用之靈敏度與準確性。
設計並製作高效率圓極化熱輻射發射器以及黃光微影製程二次曝光對準測試
(2023) 陳冠廷; CHEN, GUAN-TING
本論文旨在開發在中紅外波段具圓極化之熱輻射發射器，基於金屬/介電質/金屬(metal-insulator-metal, MIM)之三明治結構，藉由優化頂層金的幾何結構與旋轉角度來達到四階相位排列。首先，利用模擬軟體設計在不同的二氧化矽的厚度下，改變上層金屬結構分別為長方形與V字型的幾何形狀，去分析兩種結構的反射頻譜以及相位響應，找到了在200 nm二氧化矽厚度下，長方形與V字型的反射率達0.5、兩者相位差為93度的結構來組成具四階相位響應的圓極化熱輻射發射器設計。接著使用黃光製程來完成樣品的製作，並利用傅里葉轉換紅外光譜儀量測比對實驗與模擬結果是否吻合。根據廣義斯乃爾定律，出射光的角度取決於結構的空間相位梯度分布，因此我們進一步量測比較樣品在不同角度下的發射強度，判斷其發射是否符合理論設計。發現由於製程上的誤差，製作出的V字型樣品其斜邊長度會使得反射值增加到0.9，相位值提升至240，因此需提升製作樣品的精細度。我們接著開發黃光微影二次曝光的技術，測試的結構為光柵圖案，藉由不同的間距進行測試，測試的實際間距為100 nm到800 nm左右，針對光罩設計和基板進行改善，以及在對準時改進位移平台和旋鈕的問題，最後也進行了第二次曝光的秒數測試，實驗後發現間距最小可以達到800 nm左右，也讓光柵的解析度可以更好。未來也可以對不同的結構去進行二次對準的實驗，讓設計的結構可以複雜化，結構設計的限制也可以更小。
設計連續譜中的準束縛態應用於超穎介面之三倍頻訊號增益
(2023) 謝柔淳; Hsieh, Jou-Chun
連續譜中的準束縛態(quasi-Bound States in the Continuum, quasi-BIC)是一種特殊的共振態，具備極高的品質因子與強近場等特徵。就目前已被開發於產生quasi-BIC共振的超穎介面而言，大部分需在製程上精細控制結構的不對稱性或需斜向入射才能激發quasi-BIC共振。因此，本研究旨在設計相對容易製作且在正向入射下即可產生quasi-BIC的介電質超穎介面，並藉由模擬及實驗探討其特性並應用於三倍頻訊號之增益。本文設計之結構由週期性的非晶矽(amorphous silicon, a-Si)箏形奈米柱陣列組成，我們透過破壞箏形結構的對稱性以激發quasi-BIC共振，此共振發生在波長1300 nm附近且具Fano共振特徵，主要受磁偶極與電四極模態主導，另有一寬頻磁偶極模態存在於quasi-BIC共振附近；我們探討了改變結構不對稱參數α，對於Fano共振特徵的變化與共振品質因子的關係，以及不同品質因子之quasi-BIC共振對於三倍頻訊號增益波長及強度的影響等。在模擬結果中，該quasi-BIC共振之品質因子可高達四個數量級，且在箏形結構內部可以激發超過160倍的電場強度，並於共振處得到將近四個數量級的三倍頻訊號增益。實驗上，我們使用電子束微影製程製作樣品並量測樣品光譜，發現quasi-BIC共振頻寬相較模擬結果增加很多，這是由於該共振的頻寬對於入射光的角度非常敏感。我們探討一系列具不同結構不對稱參數之樣品的光譜特徵與其三倍頻訊號的波長及強度，其中不對稱參數α最小和最大的兩組樣品，其三倍頻訊號強度差異可達46.4倍，而α最小的樣品在雷射功率P_in約為4.23 mW時，三倍頻的轉換效率可達約1.75 × 10−6，顯示具高共振品質因子之quasi-BIC模態，其強近場分布能有效應用於增益非線性訊號的轉換。
陽極氧化鋁表面增益拉曼基板之訊雜比優化
(2020) 葛浩; Ke, Hao
結合陽極氧化鋁模板與金屬顆粒球設計之表面增強拉曼散射(SERS)基板，過去經常利用金屬奈米顆粒球的電偶極共振偶合來增強近場，來產生所謂的熱點來增益拉曼訊號。然後，在增強表面電場的同時，穿透進金屬顆粒球的電場也隨之增高，造成在測量時，往往會得到較高的連續背景值，而使得整體訊號的訊雜比降低。因此，在本論文中，我們研究了一系列不同直徑及間隙大小的銀奈米顆粒球陣列之近場特徵，以及探討其對SERS訊號之近場增益、背景值與訊雜比之局部效應與整體平均值影響。接著，為進一步達到訊號增益與訊雜比的提升，我們探討了金屬顆粒球陣列結合週期性光柵的雙共振SERS基版，系統性的分析週期性光柵的高度、週期以及氧化鋁的厚度以優化金屬顆粒球之侷域性表面電漿共振與週期性光柵產生之表面電漿共振的耦合，相較於平面型SERS基版，此雙共振基版成功提升SERS訊雜比達2.7倍。