學位論文
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Item 對光子晶體中光子能隙調變之各種方法之研究(2012) 李俊明; Chun-Ming Lee光子晶體是由二或三種以上不同折射率材料週期排列而成的一種結構，在此結構中，某些頻段的電磁波將無法傳遞，這些頻段即為所謂的光子能隙。光子能隙的頻率範圍會受某些條件的改變而影響，例如入射光角度、不同的材料(折射率)或者週期結構的排列方式等。本文中將以幾種不同的數學形式來改變光子晶體結構的排列方式，並觀察其結果的光子能隙增益情形，藉由比較各種方式獲得對光子能隙調變的經驗。Item Item 含耦合及量子井缺陷層之光子晶體多通道光學濾波器之研究(2011) 王于肇In the last two decades, the periodically arranged dielectric structures known as photonic crystals (PCs) have found their potential applications in various optoelectronic devices. The devices make use of the features of photonic band gaps (PBGs) originating from the periodic nature of PCs. When the periodicity is broken by introducing a defect into the PCs, a defect mode will appear inside the photonic bandgap and this is analogous to the electronic impurity state of semiconductors. In this thesis, we consider different defective photonic crystals that can work as a multichanneled filter. Three main topics will be involved. The first structure called the impurity band-based photonic quantum well (IBBPQW) is (AB)m(ABAC)nABA(BA)m , where AB denotes the unit cell, C denotes the defect, and the number of defects is n. The IBBPQW can make more effective use of the localization properties of the electromagnetic (EM) field. The IBBPQW structure can be constructed with great freedom since the impurity band is naturally located inside the gap and the bandwidth of the impurity band can be tuned by changing the separation between the defects and the size or refractive indexes of the defects. In the second structure, we shall consider the photonic quantum-well as a defect in a host PC, i.e., (AB)m(CD)n(AB)m . If the photonic pass band of the photonic crystal(CD)n is just located into the photonic band gap of the photonic crystal (AB)m, quantized confined photonic states will appear owing to the photonic confinement effects. It is found that the number of the confined states can be tuned by adjusting the number of period of the well region, leading to the phenomena of multiple channeled filtering. In the third part, we continue to examine the other condition that the photonic pass band of the photonic crystal (CD)n is partially located into the photonic band gap of the photonic crystal (AB)m. In this case, the number of the confined states can be again tuned by adjusting the number of period of the well region, leading to the phenomena of multiple channeled filtering. However, the number of channels is not the same as the second case. A different design rule will be provided. The whole theoretical analysis in this thesis is based on the transfer matrix method which will be given in Chapter 2. Chapter 1 is to give a brief introduction of PCs. Three main topics are given in Chapters 3, 4 and 5, respectively. The conclusion is in Chapter 6.Item 一維光子晶體缺陷模態分析(2010) 王政輝; Z.-H. Wang在此篇論文中，涵蓋了三個主題。第一是研究缺陷模態垂直入射到對稱和反對稱多層窄頻濾波器的簡單例子。藉由轉換矩陣的方式來計算出波長和透射率關係圖。在反對稱濾波器，只有一個缺陷模態存在光子能隙中缺陷模態的位置隨著設計波長而改變。在對稱結構的濾波器，發現到會有兩個缺陷模態。使用Bloch waveapproximation 方法，這兩個缺陷模態分別是缺陷層在對稱和反對稱結構中場的解答。第二主題是延伸第一主題的相同結構但改變入射傾斜角。藉由對TE 和TM 波計算波長和透射率關係做缺陷模態的研究。缺陷模態和入射角的關係也被圖解之。此外,也觀察到缺陷層的厚度也會影響缺陷模態的數目。第三部份是研究在一維超導光子晶體中角度,厚度和光子能帶結構的關係。這是研究permittivity 為0 超導材料的臨界頻率。能帶結構可視為由兩個超導和介電材料所組成的厚度解析方程。在角度和能帶關係中，在TM 偏振，會存在一個強大局部疊置能帶近似於臨界頻率。當角度增加所顯示出的能帶也會增強。Item 一維三元金屬介電質光子晶體溫度效應之研究(2010) 莊翼宇; Yi-Yu Chuang光子晶體是兩個或兩個以上不同折射率的物質光學週期性層所組成，光子晶體的基本特性是存在著一些禁帶，在禁帶中電磁波是被禁止傳遞在整個結構。這個禁帶叫做光子能隙。 在此篇論文中，我們首先討論光子能隙的拓寬在三元金屬介電質光子晶體，可以得知光子晶體明顯的增寬是因為金屬層的存在。 在第二部分我們探討溫度對光子能隙所造成的效應，考慮熱膨脹造成厚度變化，不同溫度會使結構厚度變化，因此造成能隙邊緣將會偏移， 監控能帶邊緣偏移的行為將會觀察到溫度造成的影響。在使用光子晶體設計溫度相依的感測器上溫度效應的研究提供一些有用的資訊。 理論上分析在第二章會提到使用TMM法，第一章是在簡短介紹光子晶體，主要的主題被安插在第三章跟第四章，第五章是結論。Item 一維矽基半導體光子晶體光子能帶結構之研究(2014) 李岳勳; Li Yue Syun本論文的目的是要研究一維矽基半導體光子晶體的光子能帶結構特性。我們藉由轉移矩陣法(TMM)來計算結構的頻譜圖，論文有二個主題: 主題一是研究矽基半導體光子晶體的光子能隙，利用air/(AB)^N/air的結構， A = n-Si、B = air、N=stack number，由於半導體的介電係數可隨載子濃度而改變，所以我們可以藉由調變濃度、n-Si和air的厚度調變光子能隙或位移；另外改變濃度及厚度，可以使部份方向性能隙的寬度及所能達到的角度增加。 主題二則是研究矽基半導體光子晶體的透射特性，利用air/((AB)^N)(A)/air 的結構來研究透射波峰，A = n-Si、B = SiO2，調變層數N會與所產生的透射峰數相等，調變n-Si和SiO2可以使透射峰藍移，調變角度可以使透射峰紅移，若調變偏振TE、TM波則影響較小，綜合以上特性，設計可調式多通道的濾波器。Item 超導光子晶體缺陷模態性質及應用(2014) 鍾一鳴; CHUNG-YI-MING本論文在研究一維超導跟介電質的光子晶體能隙和週期性排列的缺陷模態性質及其應用。其中結構分別為 ABBA 和 CDABDC ，A為超導，B、C、D皆為介電質。 第二章研究超導和介電質的光子晶體產生能隙擴大和產生的缺陷模態。我們藉由調整超導和介電材料的厚度和週期性來產生不同的能隙範圍和寬度，並且結合兩種寬度使得光子晶體侷限電磁波的範圍提升，也調整其範圍來產生缺陷模態，並利用轉移矩陣法(TMM)，來研究其元件之特性，並利用透射率的分布情形去分析其缺陷模態之相關性質。 第三章研究超導和介電材料的雙週期性結構缺陷模態，就是結構 CDABDC ，模擬結果指出如果改變光子晶體的排列且想要找出好的defect波形來做濾波的用途，材料的厚度是主要的參數。至於週期數並不影響defect發生的位置，但是影響defect的穿透率，所以我們可以使用調整週期來增加或減少通道的穿透率以配合所需。 關鍵字 : 轉移矩陣法、缺陷模態、光子晶體、超導體Item 超導光子晶體光學性質研究(2016) 孫慈儀; Sun, Tzu-Yi本篇論文採用數值模擬方法研究含超導材料層的一維光子晶體結構其光學特性。藉由轉移矩陣法計算由超導層A、介電層B交替排列形成一維週期組合，再以組合為單位進行一維的正向與反向串聯堆疊，並求得其透射頻譜，並由模擬結果可以對不同的排列歸納出其特性規律。再藉由加入磁場變因，研究超導光子晶體於外加磁場下與臨界磁場之間的關係，並觀察頻譜所產生的變化，並嘗試藉由調整各種變因達到控制頻譜狀態的目的，藉由研究得知在環境溫度小於臨界溫度，且外磁場小於臨界磁場時，禁帶帶寬會隨溫度上升、外磁場增強而變窄。最後將前兩項研究的結果進行結合，驗證高溫超導與低溫超導特性相近，在變更超導層與介電層厚度後觀察狹窄頻段內所產生的峰在外磁場影響下的變化。 關鍵字：光子晶體、超導、透射光譜。Item 超導光子晶體光學性質之研究(2015) 王聖為; Wang, Sheng-Wei本論文主要以轉移矩陣法做模擬探討一維超導光子晶體的光學性質，研究內容共有四大主題。 第一章主要介紹光子晶體以及超導體材料的特性，以及一維二維以及三維光子晶體的個別應用和大自然中存在的天然光子晶體。 第二章探討包含超導體材料的一維光子晶體的透射性質及使用布洛赫理論(Bloch Theorem)計算其能帶結構的分布、位置、大小等，並比較不含超導體材料的一維光子晶體所產生的能帶結構差異。 第三章和第四章分別研究週期性排列的超導光子晶體以及準週期性費氏排列的超導光子晶體，其結構上以及溫度上的改變皆會影響該結構截止頻率的大小及其透射性質，並可決定該結構成為一高通濾波器或是一良好的反射器。 第五章討論採用三種不同材料堆疊而成的一維三元超導光子晶體，其材料厚度及外界溫度對於第一個能隙的大小及位置的影響。 關鍵字:光子晶體、超級導體、透射光譜、能隙、截止頻率