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研究生:賴瑋治
研究生(外文):Wei-Chih Lai
論文名稱:兆赫波段二維光子晶體之研究
論文名稱(外文):The Study of Two Dimensional Terahertz Photonic Crystal
指導教授:洪勝富
指導教授(外文):Sheng-Fu Horng
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:78
中文關鍵詞:光子晶體兆赫波
外文關鍵詞:photonic crystalterahertzTHz
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摘要
本論文主要研究兆赫波段(1012Hz)頻段的光子晶體(Photonic Crystals)特性,內容包括光子晶體的製作過程、理論計算、實驗量測以及比較與分析幾個部分。
首先,我們使用半導體的製程技術,在4吋、雙面拋光、高阻值的矽晶片上製作出尺度約100μm等級、雙面蝕刻的週期性結構表面,並且利用光纖來做位置上的校準,將晶片與晶片層層堆疊,形成二維週期性排列的介質人工晶體,此即為我們所研製的光子晶體。在理論計算上,我們沿用M. Plihaland與A. A. Maradudin所發表的〔平面波數展開法〕(Plane-Wave Expansion),經過修正、計算由我們自行研製出來的光子晶體模型的能帶結構,並且針對不同角度入射的穿透率以及光子能隙的位置以及頻寬做理論模擬。同時在量測上,我們採用〔超快短脈衝雷射技術〕(Ultra-Fast Short Pulse Laser Technology),以Ar+雷射激發鈦-藍寶石(Ti-Sapphire)雷射產生780nm的脈衝雷射,再打在電光晶體上產生兆赫輻射電磁波脈衝,並利用〔時間解析激發-探測技術〕(Time Resolved Pump-Probe Technology)和〔電光取樣〕(Electro-Optic Sampling)的機制,量測在不同角度入射下通過光子晶體的兆赫電磁波信號,並透過傅利葉轉換以及數據處理,將時域的信號轉成頻域,來分析不同角度入射光子晶體在不同頻段的電磁波穿透率以及光子能隙發生的現象。最後再與我們使用平面波數展開法模擬的理論計算結果作比較,討論分析兩者之間能帶結構的差異性以及發生的原因,並針對未來可能的改善方式以及研究課題做更深入的討論。

目錄
第一章:緒論……………………………………………………………1
1.1 引言……………………………………………………1
1.2 動機與目的……………………………………………2
1.3 論文架構………………………………………………3
第二章:理論與原理分析………………………………………………5
2.1 光子晶體能帶理論分析………………………………5
2.2 電磁波在二維光子晶體的傳播………………………8
2.2.1 H-polarization
2.2.2 E-polarization
2.3 斜向入射之能帶結構的模擬…………………………13
第三章:量測系統原理…………………………………………………25
3.1 兆赫輻射波產生原理…………………………………25
3.1.1 由半導體表面激發輻射波
3.1.2 大孔徑天線
3.2 非線性晶體的電光效應………………………………28
3.2.1 晶體的線性電光效應
3.2.2 碲化鋅晶體的線性電光效應
3.2.3 電光調制
第四章:樣品製備和實驗系統架構……………………………………39
4.1 樣品製備………………………………………………39
4.2 量測系統架構…………………………………………42
4.2.1 雷射光源
4.2.2 THz發射器
4.2.3 電光晶體與平衡接收器
4.2.4 「激發-探測」量測系統
4.2.5 樣品的放置
第五章:實驗結果與討論………………………………………………52
5.1兆赫脈衝電磁波穿透光子晶體情形………………………52
5.1.1 E-Polarization兆赫電磁波以不同角度入射
5.1.2 H-Polarization兆赫電磁波以不同角度入射
5.1.3 E-Polarization和H-Polarization不同角度入射造成能
隙之討論
5.2 實際光子晶體模型與圓形空氣柱近似光子晶體模型能帶結構
之比較 ……………………………………………………56
5.3 實際量測正向與斜向入射與理論模擬光子晶體能隙位置之分
析較與討論 ………………………………………………58
第六章:結論……………………………………………………………76
參考資料………………………………………………………………78

參考資料
1.E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987)
2.M. Plihaland, A. Shambrook, and A. A. Maradudin, Opt. Comm.
80, 199 (1991).
3.M. Plihaland and A. A. Maradudin, Phys. Rev. B 44, 8565 (1991)
4.M. Plihaland and A. A. Maradudin, Opt. Comm. 80, 199, (1991)
5.D. Cassagne, C. Jouanin, and D. Bertho, Phs. Rev. B 53, 7134
(1996)
6.Zhi-Yuan Li, Ben-Yuan Gu, and Guo-Zhen Yang, Eur. Phys. J. B,
11, 65-73 (1999)
7.J. A. Valdmains and G. Mourou, IEEE J,Quantum Electron,
Vol.22, pp.69-78, 1986.
8.M. Van Exter, Ch. Fattinger, and D. Grischkowsky, Appl. Phys.
Lett., Vol.55, pp.337-339, 1989.
9.For examples, see J. Opt. Soc. Am. B 10, No 2(1993),special
issue of Photonic Band Structures.
10.Q. Wu and X. C. Zhang, Appl. Phys. Lett., Vol. 68, No. 12,18
March 1996.
11.Kittel, Introduction to Solid State Physics
12.A. Yariv and P. Yeh, Optical Waves in Crystals
13.B. E. A. Saleh and M. C. Teich, Fundamentals of Photonics
14.Hecht, Optics
15.Kazuaki Sakoda, Optical Properties of Photonic Crystals
16.曾祥仁,利用碲化鋅的電光效應研究次毫米電磁脈衝的時空分布,清
華大學物理系碩士論文,民87
17.王海蒂,兆赫頻段二為光子晶體--採用蝕刻過的矽晶片堆疊,清華大
學物理細碩士論文,民90
18.蔡雅芝,淺談光子晶體,物理雙月刊21卷四期,民88

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