臺灣博碩士論文加值系統

光子晶體在光通訊的應用上十分廣泛，擁有光子能隙的特性，進一步的應用在濾波、波導、分光器、共振腔等元件上。而兆赫波在近二十年來技術發展突飛猛進，但應用於兆赫波段的可調式元件仍然缺乏。
本論文結合光子晶體與液態晶體的特性，探討在兆赫波段金屬光子晶體在液態晶體環境中的現象。依據我們的設計，此光子晶體具有光子能隙並可做為濾波器。利用外加磁場對樣品中的向列型液態晶體MDA-00-3461做配向控制，改變磁場方向以改變液態晶體的折射率，進而調控光子能隙位置及濾波效果。由實驗得到光子能隙的低頻邊界從0.121 THz往高頻方向移動了6.17 GHz；高頻邊界從0.175 THz往高頻移動了11.04 GHz，而濾波器的訊號極大值位於0.187 THz向高頻移動了3.66 GHz，元件衰減量則從0.851 dB到7.202 dB。

摘 要 i
ABSTRACT ii
致 謝 iv
目 錄 v
表目錄 vii
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1-1 液態晶體簡介 1
1-2 光子晶體簡介 2
1-3 兆赫波段技術與應用 3
1-4 研究動機與目的 5
第二章 樣品製作與實驗系統架構 6
2-1 液晶盒樣品製作 6
2-1-1 清洗玻璃 6
2-1-2 配向劑鍍膜 7
2-1-3 配向膜磨刷 8
2-1-4 切割間隙物（Spacer） 8
2-1-5 封裝液晶盒 9
2-2包含液晶之光子晶體樣品製作 10
2-3 兆赫波量測系統 11
2-3-1 兆赫波產生及偵測原理 12
2-3-2 兆赫波量測系統架構 13
2-4 磁控配向量測系統 14
2-5 實驗數據量測與分析方法 16
第三章 理論與模擬分析 18
3-1 折射率理論分析 18
3-1-1 折射率理論 18
3-1-2 折射率分析 20
3-2 時域有限差分法（FDTD）介紹 22
3-3 模擬結構與參數 26
3-3-1 金屬材料折射率計算 26
3-3-2 模擬計算參數 29
第四章 實驗結果與分析 31
4-1 兆赫波段下光學常數實驗結果 31
4-1-1 石英玻璃在兆赫波段的光學常數 31
4-1-2 向列型液晶MDA-00-3461在兆赫波段下的光學常數 33
4-2 金屬光子晶體於不同兆赫波光束大小與入射位置之研究 34
4-2-1 金屬光子晶體於不同兆赫波光束大小之實驗結果 35
4-2-2 金屬光子晶體於不同兆赫波光束大小之模擬結果 36
4-2-3 金屬光子晶體在相同光束大小時模擬與實驗之比較 37
4-2-4 金屬光子晶體於不同兆赫波光束入射位置之模擬結果 38
4-3 包含液晶之金屬光子晶體經由磁控下之實驗結果 39
4-3-1 正向入射TE波之實驗與模擬結果 41
4-3-2 正向入射TM波與側向入射TE、TM波之實驗與模擬結果 43
第五章 結論與未來展望 47
Reference 49
表格 51
第一章 圖片 53
第二章 圖片 56
第三章 圖片 65
第四章 圖片 69

[1] F. Reinitzer, Monatshefte für Chemie, 9, 421 (1888).
[2] O. Lehmann, Z. phys. Chem., 4, 462 (1889).
[3] Frederic J. Kahn, Appl Phys. Lett., 22, 386 (1973).
[4] E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett., 58, 2059 (1987).
[5] S. John, Phys. Rev. Lett., 58, 2486 (1987).
[6] H. Rubens, B.W. Snow, Phil. Mag., 35, 35 (1893).
[7] E. F. Nichols, Phys. Rev., 4, 297 (1897).
[8] M. F. Kimmitt, J. Biol. Phys., 29, 77 (2003).
[9] J. W. Waters, Proc. IEEE, 80, 1679 (1992).
[10] B. Ferguson, X.-C. Zhang, Nature Materials, 1, 26 (2002).
[11] D. Mittleman, “Terahertz Imaging, Sensing with THz radiation,” (Spring-Verlag, New York 2002).
[12] Peter H. Siegel, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., 50, 910, (2002).
[13] M. Tonouci, Nat. Photonics, 1, pp.97-105, (2007).
[14] Michael J. Fitch and Robert Osiander, Johns Hopkins Apl Technical Digest, 25, 4, (2004).
[15] E. Özbay, E. Michel, G. Tuttle, R. Biswas, M. Sigalas, K.–M. Ho, Appl. Phys. Lett., 64, 2059 (1994).
[16] E. Özbay, E. Michel, G. Tuttle, R. Biswas, K.–M. Ho, J. Bostak, D. M. Bloom, Optics Letters, 19, 1155 (1994).
[17] E. Özbay, E. Michel, G. Tuttle, R. Biswas, K.–M. Ho, J. Bostak, D. M. Bloom, Appl. Phys. Lett., 65, 1617 (1994).
[18] E. Özbay, J. Opt. Soc. Am. B, 13, 1945 (1996).
[19] M. Wada, K. Sakoda, K. Inoue, Phys. Rev. B, 52, 16297 (1995).
[20] M. Wada, Y. Doi, K. Inoue, J. W. Haus, Phys. Rev. B, 55 10443 (1997).
[21] H. Kitahara, N. Tsumura, H. Kondo, M. Wada, J. W. Haus, Z. Yuan, N. Kawai, K. Sakoda, K. Inoue., Phys. Rev. B, 64 045202 (2001).
[22] S. W. Wang, W. Lu, X-S Chen, Z-F Li, X-C Shen, W. Wen, J. Appl. Phys., 93, 9401 (2003).
[23] N. Jukam, M. S. Sherwin, Appl. Phys. Lett., 83, 21 (2003).
[24] D. Wu, N. Fang, C. Sun, X. Zhang, W. J. Padilla, D. N. Basov, D. R. Smith, S. Schultz, Appl. Phys. Lett., 83, 201 (2003).
[25] F. Miyamaru, M. Hangyo, Applied Optics, 43, 1412 (2004).
[26] S. W. Leonard, J. P. Mondia, H. M. van Driel, O. Toader, S. John, K. Busch, A. Birner, U. Gösele, and V. Lehmann., Phys. Rev. B, 61, 2389 (2000).
[27] C.-S. Kee, H. Lim, Y.-K. Ha, J.-E. Kim, and Hae Yong Park, Phys. Rev. B, 64, 085114, (2001).
[28] D. W. Berreman, Phys. Rev. Lett. 28, 1683 (1972).
[29] J. M. Geary, J. W. Goodby, A. R. Kmetz, and J. S. Patel, J. Appl. Phys. 62, 4100 (1987).
[30] G. Mourou, C. V. Stancampiano, and D. Blumenthal, Appl. Phys. Lett. 38, 470 (1981).
[31] G. Mourou, C. V. Stancampiano, A. Antonetti, and A. Orszag, Appl. Phys. Lett. 39, 295 (1981).
[32] R. Heidemann, Th. Pfeffer, and D. Jager, Electron Lett. 19, 316 (1983).
[33] D. H. Auston, K. P. Cheung, and P. R. Smith, Appl. Phys. Lett. 45, 284 (1984).
[34] M. van Exter, Ch. Fattinger, and D. Grischkowsky, Appl. Phys. Lett. 55, 337 (1989).
[35] L. Xu, X. C. Zhang, D. H. Auston, Appl. Phys. Lett. 59, 3357 (1991).
[36] D. Birkedal, O. Hansen, C. B. Børensen, K. Jarasiunas, S. D. Brorson, and S. R. Keiding, Appl. Phys. Lett. 65, 79 (1994).
[37] Joseph E. Avron, J. Nemirovsky, Phys. Rev. Lett. 68, 2212 (1992).
[38] X. C. Zhang, B. B. Hu, J. T. Darrow, and D. H. Auston, Appl. Phys. Lett. 56, 1011 (1990).
[39] D. Liu and J. Qin, Appl. Optics. 42, 3678 (2003).
[40] P. K. Benicewicz, J. P. Roberts, and A. J. Taylor, J. Opt. Soc. Am. B 11, 2533 (1994).
[41] C.-L. Pan, C.-F. Hsieh, and R.-P. Pan, Optics Express, 13, 3921 (2005).
[42] Kane S. Yee, IEEE Transaction on Antennas and Propagation,14, 302(1966).
[43] M. A. Ordal, Robert J. Bell, R. W. Alexander, Jr. L. L. Long, and M. R. Querry, Appl.Optics, 24, 4493(1985).
[44] M. Fox, Optical Properties of Solids, Oxford University Press (2001).