臺灣博碩士論文加值系統

兆赫波輻射（THz Generation）之技術由於系統資訊需要更快速之響應與處
理速度，而於近幾年有相當程度之發展，且在各個領域都有很多相關的應用，不
論是在醫學上（如：乳癌、血糖濃度之偵測）、通訊上（如：光波導中之傳遞現
象）、國防上（如：雷達之偵測）、短脈衝訊號（Pico-Second Pulses）與材料的量
測上都有相關之應用。
在本論文中，我們作了一個嘗試，也就是將之前實驗室所使用的大孔徑光導
天線（Large-Aperture Photoconducting Antennas）改成側面輻射之兆赫波源，來
試驗其應用於平面光路的可能性，而這也是由於大孔徑光導天線之光導間隙與砷
化鎵晶片之厚度皆為500μ左右，因此可將二者的輻射效率作一比較；在此，我
將電極做成一些不同的結構來形成側面輻射的兆赫波源，然後進行量測工作，進
而分析、討論其優劣性；另外，我們也利用實驗室所架設之兆赫輻射量測系統，
來對鐵氟龍錐形波導（Tepered Teflon Waveguide）進行量測工作，由此觀察於某
一斜率下之錐形鐵氟龍波導，在不同聚焦情形下，THz於錐形波導中之傳遞的
現象，最後，此論文會使用BeamPROP軟體來作一些簡單之模擬分析與結果討
論，希望藉此，能對THz於光波導上的應用（平面光路、光源與光纖的耦合介
面）奠下良好基礎。

第一章：緒論…………………………………………………………………………1
第二章：理論與原理分析
2-1 兆赫波的輻射原理……………………………………………………5
2-2 非線性晶體的電光效應………………………………………………9
2-2-1 碲化鋅晶體的線性電光效應……..……………………………...9
2-2-2 電光調制………………………………………………………...12
2-3 波導模擬軟體BeamPROP之數值分析理論……………….……...14
2-3-1 有限差法(Finite-Difference Method)……………………………15
2-3-2 2D TBC Algorithm………………………………………………..17
附圖…………………………………………………………………………………..22
第三章：待測樣品製備和實驗系統與架構
3-1 鐵氟龍樣品之製備與規格…………………………………………...26
3-2 側面兆赫波源與支架之製備……………………………………...…26
3- 3 實驗系統與架構……..………………………………………………27
3-3-1 雷射光源…………………………………………………………27
3-3-2 THz放射器的製備……………………………………………….27
3-3-3 偵測系統…………………………………………………………28
3-3-4 實驗整體架構……………………………………………………28
3-4 模擬軟體BeamPROP的介紹……………………………………….30
附圖…..………………………………………………………………………………38
第四章：實驗結果與討論
4-1 鐵氟龍波導量測結果之比較………….…...………………………..48
4-1-1 自由空間(無波導)THz電磁輻射(Free Propagating THz Radiation)
之量測結果………………………………………………………48
4-1-2 鐵氟龍透鏡之量測結果…………………………………………49
4-1-3 波導之斜率對輸出的影響………………………………………53
4-1-4 聚焦距離對輸出之影響…………………………………………55
4-2 側面兆赫波源量測結果之比較……………………………………..57
附圖…………………………………………………………………………………..60
第五章：結論…………………………………………………………………………86
參考文獻……………………………………………………………………………..89

【1】G. Mourrou et al.，Appl. Phys. Lett./39，295（1981）
【2】Ch. Fattinger and D. Grischkowsky，Appl. Phys. Lett./53，1480（1988）；Appl.
Phys. Lett./53，490（1989）
【3】 B. B. Hu，J. T. Darrow，X. C. Zhang，D. H. Auston and P. R. Smith，Appl. Phys.
Lett./56，886（1990）
【4】X. C. Zhang and D. H. Auston，J. Electron. Wave Appl./6，85（1992）
【5】X. C. Zhang and D. H. Auston，J. Appl. Phys./71，326（1992）
【6】M. C. Nuss，S. C. Lou et al.，Appl. Phys. B/58，249（1994）
【7】Q. Wu and X. C. Zhang，Appl. Phys. Lett./68，1604（1996）
【8】Q. Wu and X. C. Zhang，Appl. Phys. Lett./67，2523（1995）
【9】D. Grischkowsky et al.，J. Opt. Soc. Am. B/7，2006（1990）
【10】X. C. Zhang，B. B. Hu et al，Appl. Phys. Lett./56，1011（1990）
【11】M. C. Nuss et al.，Phys. Rev. Lett./66，3305（1991）
【12】R. Buhleier et al.，Phys. Rev. B/50，9672（1994）
【13】I. Francois et al.，Phys. Rev. B/53，12502（1996）
【14】 J. E. Pedersen and S. R. Keiding，IEEE J. Quantum Electronics/28，2518
（1992）
【15】L. Thrane et al.，Chem. Phys. Lett./240，330（1995）
【16】J. T. Kindt and C. A. Schmuttenmaer，J. Phys. Chem./100，10373（1996）
【17】B. N. Flanders et al.，J. Phys. Chem./100，11824（1996）
【18】D. M. Mittleman et al.，Appl. Phys. B/67，379（1998）
【19】X. C. Zhang et al.，Appl. Phys. Lett./62，2003（1993）
【20】W. J. Walecki et al.，Appl. Phys. Lett./63，1809（1993）
【21】R. Scarmozzino and R. M. Osgood, Jr.，Opt. Soc. Am. A/8，724（1991）
【22】G. R. Hadley，J. Quantum Electron./28，363（1992）
【23】G. R. Hadley，Optics Letters/17，1743（1992）
【24】W. P. Huang and C. L. Xu，J. Quantum Electron./29，2639（1993）
【25】P. J. Roach，Computational Fluid Dynamics./Albuquerque, NM. Hermosa，25
（1976）