光電工程研究所
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本所於民國91年成立碩士班，94年成立博士班。本所成立之宗旨及教育目標在於培育符合社會所需的光電科技專業人才，本所發展目標在於實現學界對於國內產業的關懷與參與之願景，並朝向「產業知識化、知識產業化」的發展趨勢與需求邁進。近年來，本校已轉型為綜合研究型大學，依據校務整體發展計畫與本所發展策略規劃之需求，將能提供本所未來發展之參考與願景。
本所研究方向 ：
一、光電材料與元件模組
二、奈米生醫及醫學影像
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Item 含多缺陷光子晶體光學性質之研究(2014) 林琦Abstract In this thesis, we shall study the optical properties for the one-dimensional photonic crystals (PCs) containing defects. Two main topics are involved. In the first part, we consider binary defective PCs in the symmetric or asymmetric structures. We investigate the photonic transmission based on the transfer matrix method. The multiple filtering properties can be found in a cascading structure. In the second part, we analyze the transmission properties in a one-dimensional photonic crystal containing twin defects. With the existence of twin defects, a defect mode, i.e., a transmission peak is produced within the photonic band gap in the defect-free photonic crystal. The shape of transmission peak can be controlled by the stack numbers between the twin defects. The dependence of transmission peak on the incident angle is also investigated for both the transverse electric (TE) and the transverse magnetic (TM) waves. The peak becomes narrower as the angle increases in TE wave, whereas it is broadened as a function of the incident angle in TM wave. Discussion on the omnidirectional property in the peak is also given. Keywords：photonic crystals (PCs), dielectric superlattice, defective PCItem 一維及二維光子晶體光學性質之計算(2009) 劉正禮本篇論文主要是採用數值模擬的方法，研究一維及二維光子晶體的光學特性及應用。對於一維結構的光子晶體，我們透過轉移矩陣法來計算由超導層、介電層相互交替排列的週期組成，並求得其透射及反射的光學頻譜。利用模擬的結果，我們分析不同的相對週期厚度及入射角度對能帶分佈的影響，進一步歸納出各個變量在整體的結構中，所可能扮演的角色及造成的效應。在處理二維組成的光子晶體時，我們利用平面波展開法探求其能帶結構；並應用時域有限差分法，以光學模擬上常被使用的FDTD套裝軟體，進一步透析其電場、磁場、及能量在光子晶體中的傳播方式，以及各個分量在行進中隨時間和空間的變化。最後，我們將探討光通訊系統中，由光子晶體組成的小尺寸光學元件，例如:二維光子晶體波導、耦合共振光學波導、以及指向耦合器，其特有的電磁特性與相關的光學應用。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 全像蝕刻技術設計並製作光子晶體之研究(2007) 藍義勝本論文主要探討如何利用全像蝕刻(Holographic lithography)技術來設計並製作二維及三維光子晶體(photonic crystal)之結構。首先利用電腦模擬計算三道及四道平面光波相交干涉的光強度分佈，並探討光束間之夾角、光波波長、入射光強度比及材料折射率等系統參數對二維或三維光子晶體晶格週期及結構的影響。根據理論分析的結果，我們建立全像干涉系統，以實驗驗證理論的模擬與分析，實際製作出光子晶體的結構；在二維光子晶體方面，我們利用三道光束對稱入射，製作出蜂巢結構的二維光子晶體，並將此結構應用在綠光發光二極體上，且成功地增加約一倍的發光效率；在三維光子晶體方面，我們利用四道光束相交干涉，在光阻上製作出面心立方結構的三維光子晶體，其實驗結果之晶格週期約為8μm及1.5μm左右。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 單負材料光子晶體光學性質之研究(2014) 林冠甫; Lin Guan Fu本篇論文中，我們研究了單負材料一維光子晶體的光學性質。首先，我們使用轉移矩陣法(TMM)研究一維單負材料磁性光子晶體的光子帶隙，此結構為(AB)N，其中介質A是MNG，介質B是ENG透過兩種models (Drude model和Lorentz model)加以研究能帶結構和透射率對於TE、TM Mode的結構，我們研究光子能隙消失條件。接下來，我們將結構改變為(BA)N(AB)N，研究在Lorentz model下單負材料異質結構多層體系的穿隧模式，我們發現M型穿隧模式。最後，我們使用結構為〖(ACB)〗^N的一維三元光子晶體，研究在Drude model下的光學特性，其中介質C為單負材料，我們發現三元光子晶體可得較寬光子能隙。Item 一維介電質-金屬光子晶體方向感測濾波性質之研究(2014) 梁翰勛; Liang Han Shun光子晶體(PCs)是由不同折射率的介質，按照週期性排列而成的結構且具有空間週期性特性的光學介質，它的固有特性是存在著一些光子能隙(PBGs) 或稱「光子頻率禁帶」，當頻率落在禁帶中的光或電磁波是無法在光子晶體結構中傳播的。本論文目的是在設計含有缺陷模態之介電質-金屬光子晶體濾波器並研究及分析其特性。在此篇論文中，共研究了兩個主題，藉由轉移矩陣法（TMM）模擬計算吸收率及透射率對應波長之關係圖。 第一個主題是研究一維介電質-金屬光子晶體，在缺陷模態中對於電磁波的影響。利用介電質-金屬材料的堆疊，中間夾帶缺陷層的三明治結構所產生單向不可逆的特性，我們研究堆疊週期數的改變及入射方向改變時對波長吸收所造成的影響。另外，我們也分析了在TE和TM不同模態下改變入射角度時的現象。 第二個主題是利用介電質-金屬材料的堆疊來提升入射波的透射。我們通過在結構的頂端和底部添加抗反射層的處理，使得透射率更為提升。另外，我們也分析了在TE和TM不同模態下改變入射角度時的現象。Item 以半導體銻化銦研究光學負折射現象(2014) 曾義閔; Yi-Min Zeng負折射現象最早於1958年由蘇聯物理學家Veselago提出。Veselago提出了左手材料的概念，顛覆了物理學的傳統知識。左手材料從此成為近十餘年來物理學界熱門的研究話題。最近(2013年)，Fedorov 和 Nakajima研究得出使用非左手材料如金屬材質也可得到負折射現象，這篇研究對於不均勻波的敘述以及材料結構有更深一層的探討。本篇論文將金屬取代為半導體，使用InSb作為半導體材料。我們參考Sánchez 和 Halevi 於2003年發表的研究報告，當中對於InSb材料參數講述詳細。 基於先前的研究成果，我們根據真實實驗數據進行理論數據模擬，成功找出發生負折射現象的最佳條件。並且，對於參數間的相互影響也進行了詳盡的分析。半導體性質受三種參數影響：溫度、參雜濃度、入射波頻率。在此，利用Snell's law進行相關推導，找出折射角與材料參數之間的關係，此關係式讓我們判斷負折射現象的發生。接著，我們將半導體材料以及介電材料進行週期性排列，形成一維光子晶體。光子晶體有獨特的特性，除了半導體參數影響外，厚度比例也是影響的因素。我們設定光波沿x-z正向傳播，使用群速度作為判斷負折射現象發生條件。當x方向的群速度沿相反方向行進，可判斷負折射現象發生。 本論文架構如下：第一章講述InSb基本參數、不均勻波理論以及光子晶體概論等基本介紹；第二章講述本論文重點理論-負折射現象的基本概念；第三章推論出在不均勻介質中，負折射理論的關係式；第四章，進入本篇論文主要研究，分別闡述理論以及展現數值分析結果，詳盡的描述材料參數的相互關係；最後，在第五章，我們從半導體光子晶體基本理論出發，完整推導在光子晶體中，群速度的表達式，並且改變模擬的操作變因，多面向地分析負折射發生條件以及負折射發生之明顯程度。Item 石墨烯層狀結構光學性質之研究(2017) 鄧詔允; Teng, Shao-Yun此篇論文主要以轉移矩陣法(Transfer Matrix Method, TMM)來模擬石墨烯層狀結構在THz下的光學性質。 在第一個主題中，我們將由TMM來模擬Si和SiO2所形成的光子晶體在THz下不同入射角度的光子能隙的變化。 在第二個主題中，我們將單層的石墨烯參雜在由Si和SiO2所形成的光子晶體的不同位置中，並藉由改變石墨烯的化學勢以及電磁波在TE和TM的不同入射角度，來探導其對光子能隙的變化。 在第三個主題，則是將石墨烯放在每一層的Si和SiO2中，同樣改變石墨烯的化學勢以及電磁波在TE和TM的不同的入射角度，來探導其對光子能隙的變化。在低頻的範圍與出現了第一個主題中的沒有出現的截止頻率，在不同角度的TE波變化趨勢也與前三種結構的變化略有不同。Item 以金為主體光子晶體光子能隙與缺陷模態之研究(2017) 劉奕暉; Liou, Yi-Huei在這篇論文中，我們將研究三種主題關於Au與兩種介電質薄膜結構的光學特性。在第一個主題中，我們使用轉移矩陣法(TMM)分析〖air/(1/Au/3)〗^N/air。在垂直入射，我們發現在Au厚度增加時光子能隙(PBG)會增寬；固定Au厚度時，我們發現入射角度增加時TE波與TM波的PBG皆會發生偏移，但TE波的PBG則是比TM波寬。第二個主題中，我們使用同樣的方法分析〖air/(1/3)〗^N/Au/〖(3/1)〗^N/air，在金屬γ=0，隨著金屬厚度與入射角度增加時，在PBG上的穿透峰值將會偏移。在垂直入射中，Au厚度增加時穿透峰值將會向右移動；在固定Au厚度中，TE波與TM波皆會隨著角度增加穿透峰值向右偏移，但TE波的偏移量比TM多。第三個主題中，我們也使用同樣的方法分析〖air/Au/(1/3)〗^N/air和air/〖(1/3)〗^N/Au/air。在垂直入射中，我們這兩種結構的PBG並不會受到Au厚度而有偏移或增寬的現象；在固定Au厚度中，此兩結構的TE波會隨著入射角度增加而增寬，TM波則相反。