光子晶體負折射特性研究

Abstract

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。