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Item 石墨烯與光子晶體共振腔結構之表面電漿探討及其在生醫感測的應用(2021) 鄭宜陞; Cheng, Yi-Sheng近年來，光學感測器對於生醫相關檢測的應用逐漸受到重視，其快速、便利及其非破壞性的檢測方式是其一大優勢，此外，觀察物質的光學特性也為檢測提供了另一個判斷的依據，特別是藉由侷限表面電漿能量的奈米結構更是在生醫感測的領域被廣為應用。本論文以有限元素法針對光子晶體結構結合石墨烯的表面電漿的光學感測器進行設計與應用。所設計的感測器類型為擁有高度電可調性的混合電漿生物感測器，可用於辨識中紅外波段範圍內的蛋白質分子指紋。此類型元件設計由一個光子能隙結構和一個以缺陷形成的共振腔組成，以此將電漿能量限制在共振腔內，實現光與分析物之間的強交互作用，而單層的石墨烯佈置於腔體結構中，除了能夠增強表面電漿的效應之外，也提供了元件的電性可調能力，藉由在腔體中填滿欲分析之物質以進行感測。此外，也藉由不同材料特性的搭配及石墨烯所佈置的範圍作了兩種設計，文中也針對此兩種不同設計的結果深入探討。設計的元件具有很高的等效靈敏度，而等效靈敏度的定義為在將分析物添加到腔體中時共振頻率偏移對應於等效折射率所變化之比例，而等效折射率是同時考慮到腔體結構和分析物的光學特性所影響的參數，不同於其他感測器只考慮了物質折射率變化，為本文的特點之一。而此類型元件另一個優點就是透過向石墨烯施加不同的偏壓來實現廣範圍的電可調性，以此可以調整腔體的等效折射率來提高針對非預設目標分析物的靈敏度。此類型元件的結構概念是依據光子理論所設計，並可透過由下而上的生長的薄膜製程及蝕刻技術來完成元件的製作，此研究結果預期對於微奈米尺度生物樣品的識別和紅外光學感測器是有益的。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Item 金屬介電質光子晶體光子能帶結構及其應用之研究(2014) 康詩鴻; Shih-Hung, Kang光子晶體（PCs）是由具有不同折射係數之材料進行週期性或非週期性排列組合而成的光學介質，它的基本性質是每一種材料皆存在著各自的光子能隙（PBGs），當電磁波的頻率落在光子晶體之光子能隙（PBGs）時，則電磁波將無法在此光子晶體結構中傳播。本篇論文的目的是在利用金屬材料來設計具有缺陷之光子晶體濾波器並研究其特性，藉由轉移矩陣法（TMM）計算透射、吸收與反射對應入射電磁波頻率的關係。在此論文中，共研究了兩個主題。 第一個主題是研究金屬材料的缺陷模態在一維光子晶體中是如何影響電磁波的傳播。利用金屬和介電質材料的交替排列，我們探討缺陷層厚度以及其介電常數的變化會對電磁波從光子晶體（PCs）左右射入產生何種影響，另外我們也會討論在TE或TM不同模態下改變入射角度所顯現的特性。 第二個主題則是利用金屬和介電質材料的交替排列來設計多通道可調變式濾波器。我們發現可藉由改變缺陷層厚度及其介電常數可以調變濾波的特性，不同的入射角度在TE模態下也可做為一個濾波器調變因子。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 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 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 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 一維三元金屬介電質光子晶體頻帶增寬之研究(2010) 鍾耀賢; Yao-Hsien Chung光子晶體是由兩個或是多個不同折射率物質的人造週期性介質堆疊，光子晶體存在著光子能隙，光子能隙廣泛應用在光子晶體元件上，在這篇論文我們首先探討一維三元光子晶體能隙增寬，其中每一個週期是由兩個介電質夾著金屬層的三元結構，我們將要討論兩個主題，首先探討增加金屬層會強烈地擴大光子晶體能隙，相較於沒有添加金屬層的光子晶體(介電質-介電質-光子晶體) 接著我們探討有效電漿頻率在三元結構中，我們發現有效電漿頻率隨著金屬層厚度的增大而增加，以上所有的分析是依據Abeles theory,這是個在處理多層介質系統中簡練確切的方法。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。