二維光子晶體負折射與聚光現象之研究｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	曹銘峰 Ming Feng Tsao
論文名稱：	二維光子晶體負折射與聚光現象之研究 A Study of Negative Refraction and Focusing Effects in 2D Photonic Crystals
指導教授：	齊正中洪勝富
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 物理學系 Department of Physics
論文出版年：	2006
畢業學年度：	94
語文別：	中文
論文頁數：	87
中文關鍵詞：	光子晶體、色散關係、負折射
外文關鍵詞：	photonic crystal, dispersion relation, negative refraction
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最近這幾年由於半導體技術的成熟，使得光子晶體的應用得以慢慢實現，導致光子晶體發展得非常快速，過去的研究重心放在光子晶體能隙的特性應用上，近五年來，許多研究單位開始將重心轉移到光子晶體傳導帶的部份，無非是希望能有效的利用光子晶體控制光的傳播，研究中意外的發現光子晶體中的負折射現象，其中J. B. Pendry提出「利用負折射可造就完美透鏡」的文章後，許多人在這上面提出不同的看法，但對於光子晶體負折射的現象是否能造就完美透鏡仍是眾說紛紜，基於此本論文針對光在光子晶體中傳播的現象做詳細的研究，我們利用Matlab作為計算光子晶體色散關係的工具，Beam Prop作為模擬電磁場傳播的工具，並認為光子晶體之負折射現象實際上為繞射的一種表象，與負折射率無關，且利用光子晶體負折射現象無法達到完美透鏡成像，此一研究勢必有助於釐清負折射與完美透鏡的關聯。實驗上，我們對樣品做了製程設計與初步試作，利用奈米製程技術製作紅外波段之全角度具負折射光子晶體，希望藉由實驗觀察發散光源聚焦的現象。

第一章    序論.............................................1

1.1    背景.............................................1

1.2    研究動機.........................................4

1.3    論文導引.........................................5

第二章    理論基礎.........................................6

    2.1 電磁波在2D週期性介電材料中的傳播..................6
        2.1.1 H-polarization
        2.1.2 E-polarization
        2.1.3 正方形結構
        2.1.4 正三角形結構

    2.2有限差分時域法.....................................15
        2.2.1 馬克斯威爾方程式
        2.2.2 Yee的解析方法
        2.2.3 馬克斯威爾方程的差分展開
        2.2.4 由三維FDTD轉換為成二維的FDTD

    2.3 本文中之計算模擬..................................27

第三章    模擬結果與分析..................................28

    3.1 光子晶體之負折射現象..............................29
        3.1.1 相速、群速和能速
        3.1.2 電磁波在均勻介質與一維光柵的傳播
        3.1.3 電磁波在光子晶體中的傳播
        3.1.4 負折射現象與自準直現象


    3.2 光子晶體聚光效應..................................55
        3.2.1 完美透鏡
        3.2.2 光子晶體聚光現象
3.2.3 光子晶體之完美成像

第四章    光子晶體聚光元件製程設計與初步試作..............68

    4.1 實驗設計與目的....................................68

    4.2 事前準備..........................................71
        4.2.1 設計光罩
        4.2.2 PMMA的配置

    4.3 樣品製作..........................................73
        4.3.1 製作流程
        4.3.2 清洗晶圓
        4.3.3 黃光微影
        4.3.4 熱蒸鍍鋁與Lift Off
        4.3.5 旋鍍PMMA
        4.3.6 E-beam Lithpgraphy
        4.3.7感應耦合電漿離子蝕刻 (ICP-RIE) 技術

    4.4 製程建議與改進....................................82

第五章    結論............................................84

Reference.................................................86

                                

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全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

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