學位論文
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Item 超穎材料傳輸線模型與光子晶體之計算(2009) 葉大為; Da-Wei Yeh本文著筆研究於超潁材料所組成的一維光子晶體，此光子晶體所產生的能隙現象在本文有做深入的探討與研究，我們所謂的超穎材料是指材料參數中介電常數和導磁常數之其一常數為負值，而另一個常數為正值的材料，此單一材料參數為負值所組成的光子晶體我們簡稱SNG，接著我們考慮材料的厚度比例對於能隙的邊界和禁帶的頻寬所產生之影響，我們簡單的結合左手傳輸線理論，利用近似的方式，有效的利用厚度變化來描述能隙邊界與寬度變化的趨勢，並且討論加入損耗後所造成的影響。 除此之外，我們也利用阻抗匹配的理論去討論不同角度入射對於能隙的寬度所產生的影響，並做理論上的分析，然而一樣是用單一負值的材料參數所組成的光子晶體，我們討論這兩種極化模態的穿透光譜，當然主要的討論方向為不同的角度和不同的極化模態所產生的能隙禁帶大小變化，接著我們成功的利用(k2/k1)參數去討論厚度和角度的變化與能隙的關係，在此篇論文中我們有清楚的定義，此參數是利用不同角度在阻抗匹配狀態下所計算出的波向量比例關係，利用這個比例關係我們可以清楚的解釋在不同模態下，角度改變造成光子晶體能隙的禁帶大小跟著改變的傾向，而這個比例關係也可以用於解釋厚度變化所導致禁帶大小和能隙邊界的變化情形，此研究結果對於研究單一負值的材料所組成的光子晶體具有相當幫助。Item 前瞻性奈米矽柱陣列感測器建構在極化鍵控系統之研究(2007) 柯閎仁本文中我們成功設計並製造出高靈敏光矽柱陣列感測器並利用低成本奈米球微影技術與光輔助電化學離子蝕刻，在本文中的實驗可以證明微小生物分子可以利用極化變化被判別，我們利用生物分子微小的折射率變化引發感測器的強烈極化靈敏度在結合極化鍵控系統來觀察邦加球上極化的改變並判別生物分子，這是個非常有前瞻性的初步實驗，我們相信這個前瞻性的矽柱陣列感測器搭配極化鍵控系統技術應用在生物科技領域上，定可替人類帶來革命性的醫療突破。Item 一維光子晶體光電特性之研究(2009) 朱柏翰Abstract Photonic crystals (PCs) are periodic structures made of materials with different refractive indices. With their interesting and amazing electromagnetic properties, research on PCs continues to be a hot issue in photonics in recent years. The main feature of PCs is that they can prohibit the propagation of electromagnetic waves within a certain frequency range called photonic band gap (PBG). The materials containing PBG have many potential applications in optoelectronics and optical communication. For instance, a dielectric layered structure can be used to design as a Fabry-Perot interferometer, dielectric reflectors, and antireflection coating. In this thesis, we study the electromagnetic and optical properties of PCs by using the transfer matrix method (TMM).The thesis consists of six chapters. The first chapter is to give a brief review of PCs. The second describes the theoretical background that will be used in our calculation. Some topics under study are given in chapter 3, 4, 5. The conclusion is summarized in chapter 6. In our considered topics, we first give a theoretical analysis of optical reflection for a dielectric chirped distributed Bragg reflector (DBR). The chirped DBR is modeled by several sub-DBRs stacked successively with different values in the thickness ratio. We demonstrate how a chirped structure can affect the photonic bandgaps (PBGs). In the second one, we shall design a multilayer Fabry-Perot resonator (FPR) which is formed by taking the left-handed material (LHM) as the structure defect in a one-dimensional PC. We find some useful design rules for a FPR made by the quarter-wave stacks. In the third topic, we theoretically studied the omnidirectional total reflection frequency range of a multilayered dielectric heterostructures.Item 光子晶體負折射特性研究(2008) 吳晉陽; J. Y. Wu鑒於目前利用薄膜製程及電子束蝕刻技術所製作之可見光波段的光子晶體，因尺寸極小，在製作及量測上均不易精確。因此，本研究乃嘗試利用光子晶體尺寸與能隙頻段呈正比的關係，製作出週期為毫米(mm)等級之微波波段光子晶體，並建立一套微波量測系統。 本研究係以石墨棒組成填充函數0.22672之六角型結構光子晶體、共振腔、稜鏡…等光子晶體元件，量測其能隙、共振頻率、折射角、色散關係曲線…等物理量，以探討光子晶體的負折射特性。並以連續微波及調幅微波作為波源，比較兩者穿透光子晶體稜鏡之訊號差異。此外，本研究進一步應用負折射色散關係，製作出微波波段的分波多工器及聚焦透鏡。 由研究結果顯示，連續微波之負折射現象發生在微波光子晶體能隙的上緣頻段8.2GHz以上，並發現愈接近光子晶體能隙之頻率，其負折射率愈大，而調幅微波之負折射特性與連續微波者相似。 研究結果亦証實，利用稜鏡結構及光子晶體之色散關係所製作之微波波段分波多工器，確實可將不同頻率的微波導向不同方向，具備分波多工的功能。另外，由穿透強度分佈之量測結果，可明顯觀察到平面波微波聚焦的現象，藉以判斷光子晶體平凹透鏡具有聚焦功能。Item 32×32光學能隙型波長交換器之研究(2004) 蔡君偉; Chun-Wei Tsai本文提出利用絕緣層上矽晶並結合一維光學能隙共振型濾波器及二維光學能隙大角度轉折波導所組成之32×32光學能隙型波長交換器。在一維光學能隙共振型濾波器，我們利用一維光子晶體週期性結構及λ/4的相位移技術設計出高傳送功率、低插入損失及高品質因素的共振型濾波器。在二維光學能隙大角度轉折波導，我們利用二維光子晶體週期性結構及線狀缺陷的技術並針對不同的能隙結構來控制光在波導中行進的路徑，以便達到縮小積體光學元件之體積。 在32×32光學能隙型波長交換器，我們著重提出一有效的路由自動交換方式並結合光學能隙晶格及多模干涉區所組成之光學能隙型波長交換器，我們在多模干涉區上側摻雜如同光學能隙晶格型之週期排列的硼和磷離子，再利用電壓調變多模干涉區中光學能隙晶格型之雜質的濃度變化，利用雜質的變化來改變折射率，藉此從波導中取出特定信號，以達到可控制特定波長信號的路由路徑。接著，我們將此可調式32×32光學能隙型波長交換器應用於高密度分波多工的傳輸網路系統中，如此可達到充分利用有限的波長資源的目的。Item 矽上絕緣層矽晶元件應用在光學讀取系統之研究(2005) 林俊誠; Chun-Cheng Lin本文提出利用矽上絕緣層矽晶元件建立光學讀取系統結合多模干涉型光學能隙波導光分歧器及光子晶體Mach-Zehnder結構。我們利用二維光子晶體週期性結構及線狀缺陷的技術並針對不同的能隙結構來控制光在光子晶體波導中行進的路徑，以便達到縮小積體光學元件之體積。多模干涉型光學能隙波導光分歧器是基於自成像現象設計而成。我們利用自成像現象在矽上絕緣層矽晶脊狀光波導設計多模干涉光分歧器並進一步研究自成像現象在光子晶體傳播情形來設計光學能隙波導光分歧器。此外，我們利用六角形晶格光子晶體的Mach-Zehnder結構來達成干涉現象，並藉此設計光學讀寫系統。Item 磁性流體在外加垂直磁場下形成有序結構之光子晶體效應研究(2004) 蕭耀宗高同質性磁性流體薄膜在外加磁場下會形成可調性有序結構，這些有序結構引發許許多多的特殊光學性質。在本研究中，我們探討磁性流體薄膜在外加垂直磁場下，其所形成的六角形有序結構的光子晶體效應。為此，我們藉由光學微影蝕刻技術在矽晶圓上製作出一個微型六角形凹槽，填充磁性流體後，再用蓋玻片覆蓋，繼以膠封黏後，即可得一磁性流體薄膜。此磁性流體薄膜在外加垂直磁場下，可形成一六角形有序結構，且其週期會隨外加磁場強度的增加而減小。而當一寬帶光入射此可調性有序結構後，其穿透光譜可表現出光譜帶隙的存在。進一步實驗結果顯示，磁性流體薄膜有序結構之光譜帶隙在高磁場下會移向短波長之光波段。此現象乃由於磁性流體薄膜有序結構之週期隨磁場的增強而減小所致。此外，在製作磁性流體薄膜凹槽的過程中，可在凹槽內留有細小圓柱。利用此一圓柱，可以作出含點缺陷的磁性流體光子晶體，我們並在其穿透光譜，觀察到由此一點缺陷而產生的共振模態。以上這些結果證實磁性流體薄膜有序結構可作為可調性光子晶體