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研究生: 林天敏
論文名稱: 負折射光子晶體模擬、製程與量測之研究
A Study of Photonic Crystal Negative Refraction Simulation、Fabrication And Measurement
指導教授: 齊正中
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 光電工程研究所
Institute of Photonics Technologies
論文出版年: 2007
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 83
中文關鍵詞: 光子晶體負折射
外文關鍵詞: Photonic Crystal, Negative Refraction
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  • 光子晶體是一種週期性排列並且具有高介電常數對比所構成的一種人工材料,1987年由E. Yablonovitch [1] 和S. John [2] 提出在如此小的尺度下,若使電介質作週性的排列,而此排列之空間週期約落在波長的十分之一至二分之一之間,則某些頻率下將出現光通過或光不通過此介質空間結構的類似半導體性質。因而在系統內形成和電子的週期性位能井類似的能隙,還有一些異常折射的現象。

    此論文中我們成功的模擬負折射跟聚焦效應的現象,並且設計了樣品與量測系統。在製程方面研究了光子晶體圓洞結構可以容忍的誤差範圍,在製程上的參數調整也做了一番研究,並且在量測系統上做了一系列的測試來證明我們的量測系統是沒有問題的。


    第一章 1 1-1 背景 1 1-2 光子晶體的理論工具 2 1-3 光子晶體可能的應用 2 1-4 負折射原理 3 第二章 理論基礎 5 2-1 理論簡介 5 2-2 平面波展開法 5 2-2-1二維週期性介電材料中電磁波理論計算 5 2-2-2光子晶體能帶之本徵方程式與本徵值計算 8 2-2-3 TE mode 8 2-2-4 TM mode 11 2-3 不同的晶體結構與倒晶格向量 12 2-3-1 正方形晶格結構 13 2-3-2 正三角形晶格結構 14 2-3-3 六角形晶格結構 15 第三章 光子晶體模擬與分析 17 3-1能帶結構圖與色散曲面 17 3-1-1 均勻介質之色散曲面 18 3-1-2 光子晶體之色散曲面 18 3-2 光子晶體中之異常折射現象 20 3-2-1 負折射現象模擬 22 3-2-2 模擬結果 23 3-3 光子晶體的聚光效應 26 第四章 誤差模擬之分析 29 4-1 簡介 29 4-2 整體空氣圓洞大小改變 29 4-3 部分空氣圓洞大小改變 33 4-4 模擬光子晶體實體的傳播 37 第五章 光子晶體之製作 39 5-1 實驗設計 39 5-2 初步嘗試製作光子晶體 40 5-3 改良過的製作流程 45 5-4 使用儀器原理說明 46 5-4-1 爐管(Thermal) 46 5-4-2 旋鍍(sping coating)光阻 47 5-4-3 E-beam(電子束微影)、Scanning electron microscope(SEM)圖片 47 5-4-4 乾式蝕刻系統(plasma etching) 48 反應離子蝕刻(Reactive Ion Etching,RIE): 51 電感耦合式電漿源(inductively coupled plasmas, ICP) 52 第六章 製程結果與分析 57 6-1 EBL實驗結果 57 6-2 RIE實驗結果 59 6-3 ICP實驗結果 64 第七章 量測系統與測試 70 7-1 光學量測系統 70 7-2 計算波導吸收損耗係數 71 7-3 光學耦合損耗率計算 72 7-4 光學耦合量測率 76 第八章 結論 81 8-1 結論 81 8-2 未來展望 81 參考文獻 82

    [1] E. Yablonovitch,”Inhibited Spontaneous Emission in Solid-State Physics and Electronics,”Phys. Rev. Lett. 58, 2059 (1987).
    [2] S. John, ”Strong localization of photons in certain disordered dielectric super lattices,”Phys. Rev. Lett. 58, 2486 (1987).
    [3] A. Yariv, P. Yeh, ”Optical Waves in Crystals”, John Wiley & Sons, New York, 1984.
    [4] Pi-Gang Luan and Zhen Ye,”Acoustic wave propagation in a one-dimensional layered system”, Phys. Rev. E 63, 066611 (2001)
    [5] J. D. Joannopoulos, R. D. Meade, J. N. Winn, ”Photonic Crystals—Molding the Flow of Light”, Princeton University Press, 1995.
    [6] K. Sakoda, ”Optical Properties of Photonic Crystals”, Springer, Berlin, 2001.
    [7] Allen Taflove, Ausan C. Hagness,”Computational Electrodynamics : The Finite-Difference Time-Domain Method”
    [8] S Cabrini1, L Businaro1, M Prasciolu1, A Carpentiro1,” Focused ion beam fabrication of one-dimensional photonic crystals on Si3N4/SiO2 channel waveguides”J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 8 (2006) S550–S553
    [9] Shoichi Kawashima,”Design of compound-defect waveguides in three dimensional photonic crystals”26 June 2006 / Vol. 14, No. 13 / OPTICS EXPRESS 6303
    [10] W.H. Zheng,”Dipole mode photonic crystal point defect laser on InGaAsP/InP” Journal of Crystal Growth 292 (2006) 341–344
    [11] Yoshinori Watanabe, ”Broadband waveguide intersection with low crosstalk in two-dimensional photonic crystal circuits by using topology optimization” October 2006 / Vol. 14, No. 20 / OPTICS EXPRESS 9502
    [12] H. Kosaka et al, ”Superprism Phenomena in Photonic Crystals ”, Phys. Rev. B 58, 10096 (1998)
    [13] D. R. Smith, ”Composite Medium with Simultaneously Negative Permeability and Permittivity ” ,Phys. Rev. Lett. 84, 4184 (2000)
    [14] R. A. Shelby, D. R. Smith and S. Schultz, ”Experimental Verification of a Negative Index of Refraction ” Science 292, 77 (2001)
    [15] M. Notomi, ”Theory of Light in Strongly Modulated Photonic Crystals : Refractionlike Behavior in the Vicinity of the Photonic Band Gap ”, Phys. Rev. B 62, 10696 (2000)
    [16] P. Yeh, ”Electromagnetic propagation in birefringent layered media ” , J. Opt. Soc. Am. 69, 742 (1979)
    [17] J. B. Pendry, "Negative Refraction Makes a Perfect Lens", Phys. Rev. Lett. 85, 3966 (2000)
    [18] Chun-Hung Lin, “Optical characterization of two-dimensional photonic crystals based” , Microelectronic Engineering 83 (2006) 1798–1804
    [19] C.I. Hsieh, ” Optical properties of two-dimensional photonic-bandgap crystals characterized by spectral ellipsometry,” Microelectronic Engineering 73–74 (2004) 920–926
    [20] NDL SM01-1 機體電路製程班講義
    [21] Rodolfo Jun Belen and Sergi Gomez ” Feature-scale model of Si etching in SF6/O2 plasma and comparison ” J. Vac. Sci. Technol. A, Vol. 23, No. 5, Sep/Oct 2005
    [22] 曹銘峰,“二維光子晶體負折射與聚光線之研究,” 清華大學物理系碩士論文, 民95
    [23] 林亦成,光子晶體超稜鏡元件與邊界對能量耦合影響之研究,清華大學物理系碩士論文民95

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