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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:鄭怡升
研究生(外文):Cheng, I-Sheng
論文名稱:使用LIGA製做1THz TE01模式轉換元件
論文名稱(外文):Using LIGA process to fabricate 1THz TE01 mode convert
指導教授:張存續許博淵許博淵引用關係
指導教授(外文):Tsun-Hsu ChangBor-Yuan Shew
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:物理系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:67
中文關鍵詞:模式轉換器兆赫波微影製程同步輻射光時域譜量測圓柱波導管
外文關鍵詞:Mode convertTHzLIGAX-Ray lithographyTDS systemCylindrical waveguide
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本篇論文主要為設計與製作THz頻段的TE01模式轉換器元件,建立一套高效率、高精度的X光深刻技術,實際應用於深度0.238mm的1THz TE01模式轉換器,此元件主要可以應用於提供長距離傳輸的低損耗波導一個純度高的TE01波源。
在元件設計的部分使用到高頻結構模擬軟體(Ansoft HFSS 13.0),由於TE01模式在圓波導中屬於高次模較難以激發,因此在結構的部分使用Y型分波器分出四道等相位等大小的波注入圓形波導,耦合出圓極化的TE01模式。藉由優化分波器的結構使模式轉換器有較高的穿透效率與頻寬。
而製造部分,實驗室之前選用SU-8這支光阻進行微機械加工(LIGA)方式製作400GHz的TE41模式轉換元件,但在最後一步光阻去除的過程中,由於SU-8難以除去,使得去除效果並不是很好,此結果會反應在元件的穿透效率和模式的耦合度。因此這次製造我們試著使用一支新的光阻KMPR,此光阻的特性與SU-8相似,但是容易除去,希望能使用這支光阻建立一套省時、省錢、效果佳的製程。
另外,鑒於實驗室的網路分析儀(Network Analyzer)所支援的頻帶最高只能達到110GHz,所以我們結合光學上的TDS(Time Domain Spectrum)量測系統來測量元件,藉由將高斯波包型式的THz pulse聚焦進元件內,再經過一些數學計算間接得知穿透效率,使我們能夠獲得此元件在兆赫波段的穿透對頻率之響應。

The thesis containing design and fabricate the TE01 mode convert at THz band to establish a high-efficiency and high-precision X-ray lightgrophy technique. The technique is application to fabricate TE01 mode convert of 0.238mm thickness at THz band, and this mode convert can be used to provide a purity TE01 source for a low-loss cylinder waveguide.
At design part, we use high-frequency structure simulation(Ansoft HFSS 13.0) to design our element. Due to TE01 mode is high order mode in cylindrical waveguide, so we using side wall coupling way (Y-type structure) to excite it. As the injected THz wave (TE10) travels to the first power-dividing junction, it would be split into two signals with equal amplitudes and phases. These two signals keep propagating forward and will be subsequently divided into four sub-signals by the additional two power dividers (Y-shaped). The four arms of the second-stage power dividers finally attach on the side wall of cylindrical waveguide with the symmetric spatial orientations. When the foul equal-amplitude and equal-phase TE10 waves are led into this mode-converting section, their linearly-polarized electric fields circumnavigate the cylindrical waveguide and hence jointly excite the TE01. Finally, the very high-purity circular TE01 mode will emerges at the output end.
At fabricate part, we use LIGA process to fabricate the mode convert, and we select KMPR as our photoresist because it can be removed easier than SU-8 by chemical method.

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
內文目錄 iv
附圖目錄 vi
附表目錄 ix
第一章 序論 1
1.1 簡介 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 兆赫波段(Terahertz band) 2
1.2.2 布拉格波導(Bragg waveguide) 3
1.2.3 TE01模式轉換器 7
1.3 研究動機 9
1.4 研究目的 9
第二章 製程技術簡介 10
2.1 深刻電鑄模造製程技術(LIGA Process) 10
2.2.1 LIGA Process簡介 10
2.2.2 同步輻射光源X-ray 11
2.2.3 X光深刻技術 13
2.2.4 X光光阻 15
2.2.5 X光光罩製程技術 17
2.2 厚模光阻 18
2.2.1 SU-8光阻特性 18
2.2.2 KMPR光阻特性 19
2.2.3 KMPR光阻製程技術 21
第三章 THz量測原理 25
3.1 實驗系統介紹 25
3.2 THz產生機制 27
3.3 THz訊號擷取架設簡介 30
3.4 THz訊號簡介 32
第四章 實驗結果與討論 34
4.1 厚膜光阻製備 34
4.2 劑量模擬 36
4.3 鼓膜光罩設計與製作 37
4.4 X光深刻製程與光刻結果 46
4.5 電鑄 47
4.6 量測結果預測 52
4.6.1 兆赫波導管的耦合理論 52
4.6.2 量測結果之估計 59
第五章 總結與未來展望 64
參考文獻 65



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